Закрепление грунтов с помощью струйной геотехнологии шлакощелочными цементами
Закрепление грунтов с помощью струйной геотехнологии обычно производится портландцементом. Как установлено, портландцемет, перемешанный с грунтом, образует жесткий каркас, а естественный грунт в большинстве случаев, выполняет роль инертного заполнителя. Однако при закреплении глинистых грунтов, особенно слабых, часто образуется структура грунтобетона, в которой образования из цементного камня перемежаются с довольно большими прослойками естественного грунта (обладающими низкой прочностью).
При наличии в слабых глинистых грунтах аморфных глинистых минералов вулканического происхождения прочность закрепленных глинистых грунтов дополнительно повышается за счет пуццолановой реакции между этими аморфными минералами и гидратом кальция, образующемся при гидратации цемента. В странах с относительно теплым климатом часто для звакрепления грунтов применяется шлакопортландцемент, который хотя и имеет значительно больший срок твердения, но в конечном результате даёт высокую прочность грунтобетона по сравнению с портландцементом.
В России большая часть слабых глинистых грунтов имеет не вулканическое
происхождение и не содержит аморфных глинистых минералов. Поэтому закрепление
таких грунтов портландцементом обычно дает меньшую прочность грунтобетона, чем в
европейских странах и странах Тихоокеанского региона. Применение
шлакопортландцемента для закрепления грунтов в российских
условиях вряд ли может быть эффективно, так как этот цемент при низких
положительных температурах очень долго набирает прочность.
Тем не менее,
глинистые грунты, в принципе, вступают в химическую реакцию с некоторыми другими
веществами, например, со шлакощелочными цементами.
Шлакощелочные цементы были всесторонне исследованы на Украине. Поэтому целесообразно рассмотреть особенности этого вяжущего применительно к использованию его для закрепления грунтов с помощью струйной геотехнологии.
Применение шлакощелочных цементов в строительстве на сегодняшний день ограничено - по-видимому, вследствие большого разброса значений количественных химических характеристик различных шлаков, что затрудняет проектирование состава бетона. Однако при закреплении грунтов, в том числе с помощью струйной геотехнологии, состав твердеющего pаствора обычно подбирается для каждого конкретного объекта, с учетом конкретных характеристик используемого вяжущего. Поэтому использование шлакощелочного вяжущего для получения грунтобетона, при оптимальной дозировке, в зависимости от его конкретного химического состава и от характеристик конкретных грунтов, вероятно, позволит получить лучшие механические характеристики закрепленного грунта, а также снизить стоимость работ.
Ниже приводятся сведения об использовании шлакощелочных цементов дни приготовления бетона, которые по аналогии могут быть полезны для шлакощелочного грунтобетона, получаемого с помощью струйной геотехнологии.
Шлакощелочные цементы представляют собой гидравлические вяжущие вещества, получаемые путем тонкого измельчания гранулированного шлака совместно с малогигроскопичным щелочным компонентом или затворением молотого шлака растворами соединений щелочных металлов: натрия и калия.
Наиболее целесообразные для практического использования шлаки
Для производства шлакощелочного цемента можно применять доменные и электротермофосфорные гранулированные шлаки, отвечающие требования ГОСТ 3476-74, шлаки теплоэлектростанций, а также гранулированные шлаки других производств, не используемые для получения цементов, например, титанистые, никелевые, ферромарганцевые, ваграночные и мартеновские, после их предварительного испытания. Тонкость помола шлаков должна характеризоваться удельной поверхностью не ниже 3000 см /г.
Наиболее целесообразные для практического использования щелочные материалы
В качестве щелочного компонента в шлакощелочных вяжущих применяются соединения щелочных металлов, дающие в водных растворах щелочную реакцию. Эти соединения по характеру взаимодействия со шлаками подразделяются на четыре группы :
- I группа - едкие щелочи (едкий натр по ГОСТ 2263-79, едкое кали по ГОСТ 9285-78, смесь плавленных щелочей по МРТУ 6-08-194-64);
- II группа - несиликатные соли слабых кислот - карбонаты (сода синтетическая кальцинированная по ГОСТ 5100-73, сода кальцинированная техническая по ГОСТ 10689-75, содощелочной плав по ТУ 6-03-294-71, поташ по ГОСТ 10690-73), фтористый натрий по ГОСТ 2871-75 и т.п.;
- III группа - силикатные соли и растворимые стекла по ГОСТ 13079-67 с силикатным модулем 0,5-2,5, в том числе орто-мета-дисидикаты натрия и калия;
- IV группа - алюминатные соли - алюминаты натрия и калия.
Дозировка щелочных материалов
Щелочные компоненты вводятся в состав шлакощелочных цементом и количестве 5-15% от массы шлака в пересчете на сухое вещество. Их водные растворы используются 18-40% концентрации по массе. Более точно расход щелочных компонентов и концентрация (плотность) их растворов определяются в зависимости от требуемой прочности и других физики механических свойств шлакощелочных цементов и бетонов.
Способы перемешивания щелочных материалов со шлаком
Производство шлакощелочных цементов может осуществляться двумя способами. Выбор способа производства в значительной мере определяется гигроскопичностью щелочного компонента. Для малогигроскопичных компонентов (Na2C03, NaF) допускается совместный их помол со шлаком.
Наиболее рациональное растворошлаковое отношение
Как и для портландцементных бетонов, количество воды затворения существенно влияет на прочность бетона на шлакощелочном цементе. Седиментационное водоотделение шлакощелочного теста наблюдается при значении Р/Ш > 0,6.
Прочностные характеристики шлакощелочных грунтобетонов на суглинистых, глинистых и илистых грунтах, а также торфах
В бетонах на шлакощелочных вяжущих могут использоваться как обычные традиционные заполнители - щебень и песок, так и дисперсные - мелкие пески, супеси и даже легкие суглинки.
Возможность использования шлакощелочных грунтобетонов для изготовления противофильтрационных конструкций
Одной из важнейших характеристик бетона является водонепроницаемость, определяющая возможность применения материалов в гидротехническом строительстве. Как показали результаты испытания, водонепроницаемость шлакощёлочных бетонов после их длительной эксплуатации в гидротехничких сооружениях значительно повышается, что связано с уплотнением структуры бетона с течением времени.
