Общестроительные работы

Основания и фундаменты

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Метод закрепления грунтов смолами получил название смолизации. Сущность его заключается во введении в грунт высокомолекулярных органических соединений типа карбамидных, фенолформальдегидных и других синтетических смол в смеси с отвердителями (кислотами, кислыми солями). Через определенное время в результате взаимодействия смолы с отвердителями начинается процесс полимеризации смолы, который протекает в три стадии. Сначала раствор теряет первоначальную    вязкость     и   начинает     густеть,     затем    он переходит в желатинообразное состояние и наконец — в твердое вещество, которое придает грунту водонепроницаемость и достаточно высокую прочность

Для закрепления грунтов следует выбирать такие смолы, которые при введении в грунт обеспечивали бы предъявляемые к закрепленному грунту требования: высокую прочность и водонепроницаемость, т. е. смолы должны обладать следующими свойствами:

адгезией — достаточным сцеплением с грунтом в присутствии воды;

когезией — высокой степенью внутреннего молекулярного сцепления;

полимеризоваться при нормальной и пониженной температуре и повышенной влажности в достаточно короткий срок;

связывать значительное количество воды в процессе полимеризации;

водонепроницаемостью, эластичностью и устойчивостью против действия микроорганизмов

Наиболее целесообразно для глубинного закрепления грунтов использовать мочевиноформальдегидные (карбамидные) смолы. Им присущи необходимые для закрепления грунтов свойства, и из всех синтетических смол, выпускаемых отечественной химической промышленностью; они являются самыми дешевыми, благодаря чему именно эти смолы в Советском Союзе получили наиболее широкое применение.

Мочевиноформальдегидные смолы представляют собой продукты поликонденсации формальдегида с мочевиной, они доступны и недефицитны, поскольку первый получается из аммиака и углекислого газа, второй — из метилового спирта.

Из мочевиноформальдегидных смол наибольший интерес представляют карбамидные смолы, которые спог собны полимеризоваться при нормальной температуре в присутствии отвердителя — соляной или щавелевой кислот или хлористого аммония. Наиболее часто закрепляются грунты карбамидными смолами — крепитель М/КМ/, крепитель М-2, крепитель М-3, МФ-17 и менее часто — МФ и ММФ. Эти смолы хорошо растворяются в воде. Разбавленные водой, они имеют небольшую вязкость, что позволяет использовать их в качестве инъекционных растворов для глубинного закрепления мелкозернистого грунта.

При смолизации в грунт через инъекторы вводится водный раствор смолы с отвердителем. Раствор в установленный срок отверждается в поровом пространстве грунта, в результате чего последний прочно закрепляется, приобретая водонепроницаемость.

Оптимальный раствор на основе крепителя М состоит из водного раствора смолы плотностью 1,075— 1,08 г/см3 (100 частей) и соляной кислоты 3%-ной концентрации (4—6 частей). Время гелеобразования при таком соотношении смолы отвердителя находится в пределах 1—3 ч; рН = 2—2,8; вязкость 3—4 спз; время гелеобразования закрепляющего раствора зависит от его рН и температуры, а также от концентрации смолы в растворе. Вязкость раствора увеличивается во времени и зависит от температуры: при понижении температуры она увеличивается. Поэтому при инъекции раствора (особенно в мелкие пески) температура раствора должна быть в пределах 18—20° С;

наличие глинистых частиц и карбонатов в песках сказывается отрицательно на закреплении, так как они частично поглощают соляную кислоту из гелеообразующего раствора, рН его повышается и время образования геля сдвигается в сторону увеличения.

Поэтому при содержании в песках глинистых частиц от 1 до 3% и карбонатов до 3% необходима предварительная обработка их раствором соляной кислоты 3— 5%-ной концентрации; при содержании карбонатов более 3% необходима предварительная обработка грунтов раствором щавелевой кислоты 2—6%-ной концентрации;

прочность при сжатии закрепленного карбамидной смолой песка колеблется в пределах 1—5 МПа, что в основном зависит от концентрации смолы в растворе. Неразбавленный раствор смолы придает пескам прочность около 5 МПа, при разбавлении смолы в 1,5 раза (смола: вода=1 :0,5) /?сж = 2,5 МПа; в 2 раза (1 : 1) оптимум /?сж=1,5 МПа;

песчаный грунт, закрепленный раствором оптимальной рецептуры, приобретает практическую водонепроницаемость. Например, песок, обработанный гелеобра-зующим раствором, снизил коэффициент фильтрации с 1,10-2 до 1, Ю-6 см/с [20,51,54];

образцы закрепленного песка лабораторного изготовления, помещенные на год в агрессивные   растворы соляной и серной кислот и сернокислого натрия ОД нормальной концентрации, оказались устойчивыми к агрессии.

Испытания на долговечность песков, закрепленных карбамидной смолой, на образцах лабораторного и натурного закрепления в кислых, щелочных и солевых растворах, проводимые в течение 6 лет, позволили определить границы агрессивности растворов по показателю рН.

Агрессивными по отношению к закрепленному грунту оказались растворы: кислые с рН<3 и щелочные с рН>13, т.е. в них образцы со временем разрушились. В растворах с рН в пределах 3—13 образцы не корродировали. Если учесть, что рН природных вод находится в пределах 6—8, можно считать закрепленный грунт практически долговечным;

грунт, закрепленный  карбамидной   смолой,   морозо-в стоек. Уменьшение прочности образцов после 15 циклов замораживания  находилось    в    пределах    допустимых норм.

В результате лабораторных и полевых работ выявилась одна особенность способа смолизации, заключающаяся в возможности закрепления им мелких песков с /(ф = 0,5—5 м/сут с повышенной прочностью до 4— 5МПа.

Способ смолизации рекомендуется для закрепления сухих и водонасыщенных песчаных грунтов, имеющих /Сф = 0,5—25 м/сут, с целью повышения несущей способности грунта в основании зданий и сооружений для проходки подземных выработок и устройства противо-фильтрационных завес и экранов.

Метод смолизации помог успешно решить проблему закрепления карбонатных песков при применении в качестве отвердителя карбамидной смолы щавелевой кис-' лоты. Разработаны два варианта закрепления карбонатных песков карбамидными смолами: без предварительной обработки грунтов растворами щавелевой кислоты с введением избытка последней в гелеобразующий раствор (за счет сокращения времени гелеобразования до 30—20 мин) и с предварительной обработкой грунта раствором щавелевой кислоты (2—4%-ной концентрации) с последующим введением карбамидных золей с щавелевокислым отверднтелем.

Для закрепления используется гелеобразующий раствор, состоящий из карбамидной смолы марки «Крепитель М» плотностью 1,15 г/см3 и щавелевой кислоты б— 8%-ной концентрации плотностью 1,021 — 1,023 г/см3 в объемных соотношениях, равных 1:1; 1 : 0,5; 1 : 0,2 и 1:0,1. Время гелеобразоваиия таких растворов колеблется от 10 до 60 мин.

В настоящее время Кусковский химзавод выпускает карбамидную смолу марки «Крепитель М-3» (КМ-3), отличающуюся от КМ малым содержанием формальдегида.