Рідкоскляна композиція

Рідкоскляна композиція, яка містить рідке скло і кремнефтористоводневу кислоту підвищеної щільності, яка відрізняється тим, що додатково містить добавку суперпластифікатору С-3 в кількості 7-9 мас. % від кількості рідкого скла за сухою речовиною, яку введено додаванням тонкого струменя у водний розчин рідкого скла щільністю 1200-1300 кг/м3 з безперервним перемішуванням до однорідного розчину та подальшим змішуванням до однорідності з водним розчином кремнефтористоводневої кислоти щільністю 1070-1090 кг/м3 в об'ємному співвідношенні 1:(0,10-0,12). Винахід відноситься до складів для укріплення слабких водонасичених грунтів способом силікатизації при будівництві, реконструкції та ремонті будівель і споруд та грунтується на застосуванні уявлень про електрогетерогенне твердіння в'яжучих [Электрогетерогенные взаимодействия при твердении цементных вяжущих: Дисс. ... докт. хим. наук: 02.00.11. - К.: ИКХХВ АН Украины, 1989. 282с.]. Відомо рідкоскляний склад для силікатизації слабких грунтів, який складається з рідкого скла і прискорювача твердіння - кислоти, та має досить високу міцність при стиску (близько 5МПа) [Соколович В. Е. Химическое закрепление грунтов. - М.: Стройиздат, 1980. - 119с.]. Ці ознаки співпадають з істотними ознаками винаходу, який заявляється. Крім того, як прискорювач твердіння в ньому використовується кремнекислота у вигляді Si(OH)4. Недоліком цього складу є його низька водостійкість. Згідно з теорією електрогетерогенного твердіння достатньо висока міцність складу зумовлена виникненням продуктів твердіння (структуроутво рюючих елементів) з протилежними електроповерхневими потенціалами (зарядами). Електроповерхневий Y0 і рівноважний електроповерхневий YP (при рН=12 - відповідає лужності рідкого скла) потенціали структурних елементів визначаються за методикою, викладеною в [Плугин А.Н. Электрогетерогенные взаимодействия при твердении цементных вяжущих: Дисс. ... докт. хим. наук: 02.00.11. - К.: ИКХХВ АН Украины, 1989. - 282с.]. Для малорозчинного силікату натрію Na2SiO3 вони дорівнюють: Y0 = 0,83 - 0,059 × 12 = 0,83 - 0,059 × 12 = 0,12В Na 2 SiO 3 Таким же чином визначено потенціали для H2SiO3 и Na2CO3, табл. 1. 87795 (11) UA 4,02 × 2 - 1,23 + 1 44 × 3 , = 0,83В 6 (19) Y0 =Na 2 SiO 3 (13) C2 (21) a200811931 (22) 07.10.2008 (24) 10.08.2009 (46) 10.08.2009, Бюл.№ 15, 2009 р. (72) ПЛУГІН АНДРІЙ АРКАДІЙОВИЧ, ПЛУГІН АРКАДІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, ГЕРАСИМЕНКО ОЛЕГ СТЕПАНОВИЧ, ТРИКОЗ ЛЮДМИЛА ВІКТОРІВНА, МІРОШНІЧЕНКО СЕРГІЙ ВАЛЕРІЙОВИЧ, КАЛІНІН ОЛЕГ АНАТОЛІЙОВИЧ, ПЛУГІН ДМИТРО АРТУРОВИЧ, ДУДІН ОЛЕКСІЙ АРКАДІЙОВИЧ, ЛЮТИЙ ВІТАЛІЙ АНАТОЛІЙОВИЧ, ПЛУГІН ОЛЕКСІЙ АНДРІЙОВИЧ (73) УКРАЇНСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ (56) UA 60343 C2, 15.10.2003 RU 2035544 C1, 20.05.1995 RU 2206659 C2, 20.06.2003 3 87795 4 Таблиця 1 Електроповерхневий Y0 і рівноважний електроповерхневий YP потенціали структурних елементів композиції з рідкого скла і кремнієвої кислоти Структурні елементи Силікат натрию Na2SiO3 Кремнекислота H2SiO3 Величина Y0, В Величина YP, Β 0 YNa SiO = 0,83В Р YNa2SiO3 = 0,12В 0 YН SiO = -0,115В Р YН2 SiO3 = -0,89В 2 2 3 3 заряджених) контактів переважає над кількістю досить міцних водостійких ЕГК. У зв'язку з цим у воді переважаючі за кількістю електрогомогенні контакти розсуваються нею, і склад стає неводостійким. Відомо рідкоскляний склад для силікатизації слабких грунтів, що складається з рідкого скла і отверджувача, та який має достатньо високу міцність і водостійкість [Соколович В. Е. Химическое закрепление грунтов. - Μ.: Стройиздат, 1980. 119с.]. Ці ознаки співпадають з істотними ознаками винаходу, який заявляється. Крім того, як отверджувач в ньому використовується кремнефтористий натрій Na2SiF6. Недоліком цього складу є його невисока проникаюча здатність у дрібні піски. На відміну від складу з кремнекислотою він має досить високий позитивний потенціал гідро= 1,18В , табл. 2. ксиду натрію NaOH YР NaOH Як бачимо, структурні елементи, які виникають під час твердіння рідкого скла з кремнієвою кислотою, мають такі рівноважні електроповерхневі по= -0,89В , тенціали: гель кремнекислоти Y Р Н2 SiO3 = 0,12В . Виникнення просилікат натрію YР Na2SiO3 тилежно заряджених структурних елементів призводить до виникнення достатньо міцних електрогетерогенних контактів ЕГК між ними. Однак, різниця абсолютних величин потенціалів (невисо= 0,12В і суттєво кий силікату натрію YР Na2SiO3 YР = -0,89В ) не Н2 SiO3 дозволяє реалізуватися повністю механізму взаємної коагуляції, у результаті чого кількість слабких неводостійких електрогомогенних (однойменно великий кремнекислоти Таблиця 2 Електроповерхневий Y0 і рівноважний електроповерхневий YP потенціали структурних елементів композиції з рідкого скла і кремнефтористого натрію Величина Y0, В Величина YP, Β 0 YNa SiF = -2,27В P YNa2SiF6 = -2,27В Фторид натрію NaF 0 YNaF = -0,43В Р YNaF = -0,43В Кремнегель Si(OH)4 0 YSi(OH) = -0,43 P YSi(OH)4 = -0,43 0 YNaOH = 189В , Р YNaOH = 118В , Структурні елементи Кремнефтористий натрій Na2SiF6 Гідроксид натрію NaOH 2 6 4 Це забезпечує значну кількість міцних та водостійких контактів, що забезпечує достатньо високу міцність і водостійкість затверділого складу. Однак, кремнефтористий натрій малорозчинний та знаходиться у порошкоподібному стані, що обмежує його проникаючу здатність через досить високу крупність зерен. Крім того, швидке утворення гідроксиду натрію збільшує в'язкість складу і також знижує його проникаючу здатність. Відомо також рідкоскляний склад для міцного закріплення піщаних грунтів силікатизацією, який складається з рідкого скла і отверджувача, та який має достатньо високі міцність 5,0-6,0МПа, водонепроникність і водостійкість закріплених пісків. Ці ознаки співпадають з істотними ознаками винаходу, який заявляється. Крім того, у даному складі як отверджувач використовується розчин хлористого кальцію Са(Сl)2 з щільністю 1,26-1,28г/см3 (дворозчинна силікатизація) [Соколович В. Е. Химическое закрепление грунтов. - Μ.: Стройиздат, 1980. - 119с.]. Основним недоліком відомого рідкоскляного складу є неможливість застосування його для закріплення дрібних та пилуватих пісків. Міцність закріплених пісків при одноосьовому стиску досягає 2-4МПа. На міцність закріплення впливає величина модуля силікатного розчину (відношення кількості грам-молекул кремнезему до кількості грам-молекул оксиду натрію М0=nSiO2/mNa2O). Низькомодульні розчини з М0»1 не забезпечують міцного закріплення пісків, у розчинах з М0=2,7-3 міцність досягає максимального значення, а модуль М0>3 знижує міцність закріплення пісків. У останньому випадку зниження міцності закріпленого піску пояснюється значним збільшенням в'язкості розчину, яка обмежує радіус закріплення. 5 87795 6 Міцність і водостійкість цього відомого рідкоелектроповерхневим потенціалом YP, табл. 3, а, скляного складу та закріплених ним грунтів, а таотже, міцних електрогетерогенних контактів. кож неможливість його застосування для дрібних та пилуватих пісків зумовлені раннім виникненням структурних елементів з позитивним рівноважним Таблиця 3 Електроповерхневий Y0 і рівноважний електроповерхневий YP потенціали структурних елементів композиції з рідкого скла і хлористого кальцію Структурні елементи Гідросилікат кальцію Ca(OH)2·nSiO2·xH2O Кремнегель Si(OH)4 Гідроксид кальцію Са(ОН)2 Найбільш близьким за технічною сутністю до рідкоскляної композиції, яка заявляється, є рідкоскляний склад для однорозчинної силікатизації пісків, у тому числі дрібних та пилуватих, який складається з суміші розчинів рідкого скла і отверджувача - кремнефтористоводневої кислоти H2SiF6. Ці ознаки співпадають з істотними ознаками винаходу, який заявляється. Крім того, підвищена щільність складає 1,3г/см3 для рідкого скла і 1,13г/см3 для кремнефтористоводневої кислоти, а рідке скло і кремнефтористоводнева кислота приймаються в об'ємному співвідношенні 10:3 або 10:2,5. [Соколовим В. Е. Химическое закрепление грунтов. - Μ.: Стройиздат, 1980. - 119с.]. Позитивним у рідкоскляному складі-прототипі, що відповідає головній задачі способа, який заявляється, є його придатність для нагнітання у дрібні і пилуваті піски. Недоліками рідкоскляного складу-прототипу є його невисока проникаюча здатність (глибина проникання) у дрібні піски, недостатньо висока міцність закріплених вологих грунтів та практично повна відсутність водостійкості у водонасичених грунтах. Особливістю цього складу є великий вихід гелю кремнекислоти, що випливає із реакції взаємодії між рідким склом і кремнефтористоводневою кислотою, яка протікає у дві стадії [Ржаницын Б. А. Химическое закрепление грунтов в строительстве. - Μ.: Стройиздат, 1986. - 264с.]: Na2SiO3+H2SiF6+Н2О=Na2SiF6+H2SiO3·H2O Na2SiF6+2Na2SiO3+6H2O=6NaF+3H4SiO4 Друга реакція протікає сповільнено, що зумовлено поступовим розкладанням аніону SiFe62-. У результаті цих реакцій виникають структурні елементи: кремнефтористий натрій Na2SiF6, фторид натрію NaF і кремнегелі Si(OH)4, рівноважні електроповерхневі потенціали яких є негативними, YP = -2,27В ; YР = -0,43 , відповідно, NaF Na2SiF6 YP = -2,27В , табл. 2, табл. 3. Na2SiF6 Збільшена кількість кремнегелю пов'язана з додатковим виділенням кремнієвої кислоти при розкладанні H2SiF6, що відбувається на другій ста Величина Y0, В Величина YP, Β 0 YCS H = 0,29 Р YCSnHm = -0,37 0 YSi(OH) = -0,43В Р YNaF = -0,43 Р YNaOH = 124В , Р YNaOH = 0,54В n m 4 дії. При цьому відбувається зв'язування кремнегелем вільної води. З урахуванням цього можна вивести, що причини, які перешкоджають досягненню очікуваного технічного результату в складі-прототипі, містяться у наступному: - при нагнітанні рідкого скла у водонасичені дрібні піски (та інші грунти) попереду фронту нагнітання виникає потенціал течії, що перешкоджає потоку рідкого скла і обмежує глибину його проникання; - у мікроструктурі рідкого скла з кремнефтористоводневою кислотою як отверджувач усі структурні елементи мають однаковий (негативний) заряд поверхні частинок, що виключає можливість виникнення міцних і водостійких електрогетерогенних контактів. Указані недоліки знижують ефективність застосування силікатизації дрібнопіщаних грунтів, здорожують вартість робіт з нагнітання у зв'язку з малим радіусом (малою глибиною) нагнітання і виключають можливість зміцнення слабких водонасичених грунтів. В основу винаходу поставлена задача удосконалення складу рідкого скла з кремнефтористоводневою кислотою (далі рідкоскляна композиція) для збільшення його проникаючої здатності, міцності і водостійкості при силікатизації водонасиченого дрібнопіщаного грунту. Поставлена задача вирішується тим, що у склад для однорозчинної силікатизації, який містить розчини рідкого скла (силікату натрію) і кремнефтористоводневої кислоти збільшеної щільності (1200-1300кг/м3 для рідкого скла і 1070-1090 кг/м для кремнефтористоводневої кислоти), уводять добавку типу С-3 (натрієва соль поліметиленполінафталінсульфокислоти) в оптимальній кількості, яка дорівнює 7-9% за масою від кількості рідкого скла (за сухою речовиною), яку додають у водний розчин рідкого скла тонкою струминкою, безперервно перемішуючи не менше 30с, отриманий розчин змішують з водним розчином кремнефтористоводневої кислоти в об'ємному співвідношенні 1:(0,1¸0,12), після чого відразу починають нагнітання. Указані вище ознаки винаходу, який заявляється, забезпечують досягнення технічного ре 7 87795 8 зультату, який полягає у значному збільшенні проб - загострені наконечники (уверху) і наголовник никаючої здатності складу, міцності і водостійкості (унизу); закріпленого водонасиченого дрібнопіщаного грунФіг.12. Роботи із закріплення грунту рідкоскляту. ною композицією, яка заявляється: а - нагнітання Вміст у суміші добавки типу С-3 в оптимальній складу за допомогою ручного розчинонасоса; б кількості, яка дорівнює 7-9% за масою від кількості відбір зразків із підпірної стінки закріпленого грунрідкого скла (за сухою речовиною), забезпечує ту; значне збільшення проникаючої здатності, міцності Фіг.13. Зразок керну із закріпленого рідкоскляі водостійкості рідкоскляної суміші. ною композицією, яка заявляється, дрібнопіщаного Приготування водних розчинів рідкого скла з грунту (а) і вирізані із нього зразки для випробудобавкою С-3 щільністю 1200-1300кг/м3 і кремневань на міцність (б); фтористоводневої кислоти щільністю 1070Фіг.14. Монумент, який було зведено на основі, грунти якої закріплені рідкоскляною композиці1090кг/м3 у співвідношенні 1:(0,11¸0,12) забезпеєю, яка заявляється. чує повне зв'язування вільної води при збереженні Грунтуючись на колоїдно-хімічних уявленнях достатнього для нагнітання часу тужавлення склапро електрокінетичні явища в дисперсних систеду. мах, нами обгрунтовано, що основним фактором, Поступове додавання тонкою струминкою поякий гальмує потік рідкого скла і, відповідно, змерошокоподібного С-3 у водний розчин рідкого скла ншує глибину його проникання у водонасичений з безперервним перемішуванням не менше 30с дрібний пісок, є потенціал течії UПТ. Схема його забезпечує повне розчинення порошкоподібної виникнення показана на Фіг.1. Із цієї схеми видно, добавки С-3 у воді. що рідке скло є дисперсною системою, яка склаСутність винаходу пояснюється схемами і дається з його частинок з подвійним електричним графіками, на яких зображено: шаром ПЕШ, так що на поверхні частинок знахоФіг.1. Схема виникнення потенціалу течії Е, В, дяться негативно заряджені потенціалвизначальні у дисперсній системі при її нагнітанні в капіляр, що іони (ОН-), а у воді - щільна (з адсорбованих проутворений частинками піску; Фіг.2. Визначення потенціалу течії при нагнітиіонів) і дифузна (з рухливих протиіонів) частини танні рідкоскляних складів у дрібний водонасичеПЕШ. Дисперсійним середовищем є вода. Під ний пісок: а - пристрій для вимірювання різниці впливом тиску Ρ вода протікає з більш високою потенціалів; б - різниця потенціалів між електрошвидкістю, ніж частинки рідкого скла (через їх надами при нагнітанні рідкоскляних складів у водобагато більші розміри, ніж у молекул води), захопнасичений пісок; люючи за собою гідратовані нею протиіони (катіоФіг.3. Структура натрієвої солі поліметаленпони Na+) дифузної частини ПЕШ. При цьому на лінафталінсульфокислоти (суперпластифікатора виході із трубки виникає надлишок позитивних нафталінформальдегідного типу С-3) у порошкопротиіонів, а всередині трубки - надлишок негатиподібному сухому стані (а) та у водневому розчині вних іонів, відповідно, виникає різниця потенціалів, (б); яку називають потенціалом течії. Вона гальмує Фіг.4. Схема слабких електрогомогенних конпотік усіх протиіонів ПЕШ частинок рідкого скла, тактів між однойменно зарядженими частинками що еквівалентно зменшенню зовнішнього тиску Р, рідкого скла (а) і частинками рідкого скла і добавки і, відповідно, зменшує глибину його проникнення у С-3 (б); пісок. Фіг.5. Схема міцних електрогетерогенних конВиникнення потенціалу течії при нагнітанні тактів між частинками рідкого скла і частинкою С-3 рідкого скла у водонасичений дрібний пісок довез полярним шаром із диполей (а) і між протилежно дено експериментально за допомогою пристрою, зарядженими частинками (б); Фіг.2, а. Він складається з полімерної трубки діаФіг.6. Змінення міцності при стиску RCT, МПа, метром D=32мм і довжиною L=1м, з'єднувальних рідкоскляної композиції від вмісту добавки С-3 при шлангів та ручного розчинонасоса. У стінці трубки твердінні на повітрі (а) і у воді (б). Знизу уверх: 3, просвердлено з кроком 10см отвори діаметром 7, 14 і 28 діб (а) і 7, 14 і 28 діб (б); приблизно 2мм, поверх яких намотана в два шари Фіг.7. Змінення умовної в'язкості t (с) рідкого стрічка з матер'яної тканини, тобто улаштована скла від кількості добавки С-3, %; матер'яна діафрагма. Фіг.8. Вплив кількості кремнефтористоводнеПоряд з отворами на стінці трубки закріплено вої кислоти H2SiF6 на строки тужавлення рідкого латунні електроди, за допомогою яких та вольтскла; метра В7-16А вимірювали різницю потенціалів між Фіг.9. Глибина нагнітання у дрібний пісок рідкокрайнім правим електродом, що прийнято за нуго скла в залежності від вмісту добавки С-3 у ньольовий, і попередніми електродами, як тільки в му: а - вздовж розрізані трубки після нагнітання черговому отворі за електродом з'являлося рідке закріплюючого розчину; б - залежність глибини скло. нагнітання від вмісту добавки С-3; На Фіг.2, б, наведено графіки змінення різниці Фіг.10. Кінетика набирання міцності піском, запотенціалів між крайнім правим електродом і елекріпленим складом за прототипом (нижні криві) та ктродами перед ним, що виникає при нагнітанні рідкоскляною композицією, яка заявляється (верхкрізь водонасичений пісок рідкого скла з отверні криві), при твердінні у повітрі (а) та у воді (б); джувачем (РС+Отв) та рідкого скла з отверджуваФіг.11. Комплект деталей для нагнітання: а чем і добавкою С-3 (РС+Отв+С-3). Як бачимо, у ін'єктори і глухі ланки зі з'єднувальними муфтами; міру того, як проникає склад (РС+Отв), відразу виникає значна різниця потенціалів, що звернена 9 87795 10 позитивним полюсом до потоку протиіонів (верхня и теорет. физики, 1945, 15, В. 11, с. 663] обумовкрива на Фіг.2, б), яка і є потенціалом течії. лює високу текучість композиції, яка заявляється. Збільшення проникаючої здатності рідкоскляПри твердінні на другій стадії взаємодії, тобто ної композиції, яка заявляється, забезпечується значно пізніше нагнітання, дисперсна фаза рідкоуведенням у рідке скло добавки С-3. Основна часскляної композиції, яка заявляється, є електрогетина молекул С-3 являє собою полімерну вуглевотерогенною, яка складається з частинок рідкого дневу основу нафталіну, яка має степінь конденскла з негативними рівноважними електроповерхсації n=2¸17, Фіг.3, а [Рамачандран В., Фельдман невими потенціалами -YP та частинок (молекул) СР., Бодуэн Дж. Наука о бетоне. - М: Стройиздат, 3 з позитивними рівноважними електроповерхне1986. - 277с.]. У водному розчині добавка С-3 певими потенціалами +YP. Між ними виникає електретворюється у негативно заряджені, набагато рогетерогенне притягання [Дерягин Б.В. Теория менші за розмірами, ніж частинки рідкого скла, гетерокоагуляции, взаимодействия и слипания органічні аніони (з поверхневими неорганічними разнородных частиц в растворах электролитов. Коллоид, журн., 1964, 16, №6. - С. 425], при якому SO3 аніонами ), які утворилися при дисоціації у виникають міцні і водостійкі електрогетерогенні воді активних функціональних груп -SO3Na. Протиконтакти між негативно зарядженими частинками і + іонами (з боку води) є катіони Na , Фіг.3, б. частинками з полярним шаром з диполей, Фіг.5, а, При нагнітанні рідкого скла з отверджувачем і які подібні електрогетерогенним контактам між С-3 (РС+Отв+С-3) в електричному полі потенціалу протилежно зарядженими частинками, Фіг.5, б. Це течії виникає відоме у колоїдній хімії електрокінезабезпечує збільшення міцності і водостійкості тичне явище - електрофорез, у даному випадку рідкоскляної композиції та забезпечує її твердіння переміщення найменших серед частинок дисперсу воді, тобто вона придбає гідравлічні властивості. ної фази негативно заряджених частинок С-3. Вибір граничних параметрів рецептури рідкоУ результаті різниця потенціалів значно зменскляної композиції, яка заявляється, пояснюється шується (нижня крива на Фіг.2, б), що підтверджує наступним. значне зменшення потенціалу течії UПТ при увеНижня (7%) і верхня (9%) границі вмісту в суденні до складу рідкого скла з отверджувачем доміші добавки С-3 обумовлені допустимим зниженбавки С-3. ням міцності композиції до 1,8МПа. Збільшення міцності і водостійкості рідкоскляГраниці щільності розчинів рідкого скла (1200ної композиції та набуття нею здатності твердіти у 1300т/м3) і кремне-фтористоводневої кислоти воді (гідравличні властивості) обумовлені трьома її (1070-1090кг/м3) визначають допустимою неточніособливостями: стю їх дозування за об'ємом (до 2%). - перша особливість, як відзначалося, полягає Границі співвідношення водних розчинів рідкоу великому виході гелю кремнекислоти, що витікає го скла з добавкою С-3 і кремнефтористоводневої із двостадійної реакції взаємодії між рідким склом і кислоти 1:(0,1¸0,12) визначаються забезпеченням кремнефтористоводневою кислотою і призводить мінімального і максимального часу тужавлення до зв'язування великої кількості води і різкому збі(життєздатності) композиції, яка заявляється. льшенню концентрації добавки С-3; Досягнення оптимальних властивостей рідко- друга особливість, як також відзначалося раскляної композиції, яка заявляється, і граничні паніше, полягає у тому, що додаткова кількість цього раметри вмісту компонентів у неї підтверджено гелю виникає на другій стадії реакцій, коли нагніекспериментальними дослідженнями залежності тання вже давно завершено; міцності при стиску RCT, МПа, умовної в'язкості t (с) - третя особливість обумовлена тим, що на і строків тужавлення (життєздатності) рідкоскляної першій стадії взаємодії між рідким склом і кремкомпозиції від вмісту добавки С-3. нефтористоводневою кислотою у зв'язку з відносДля дослідження міцностних характеристик но великою кількістю вільної води добавка С-3 виготовили 6 серій зразків-кубів 4x4x4 см по 3 на знаходиться у повністю дисоційованому іонному кожний склад. Контрольний склад містив розчин стані - у вигляді полімерних аніонів, які покриті рідкого скла PC щільністю 1250кг/м3 і розчин кремнефтористоводневої кислоти (КФВК) щільністю SO3 іонами , та катіонів Na+, Фіг.3, б, а на другій 1080кг/м3 - в кількості 0,11 від маси рідкого скла за стадії - у недисоційованому (у зв'язку з відсутністю сухою речовиною. У решту складів уводили добаввільної води через її зв'язування підвищеним вміску С-3 в кількості, відповідно, 0,5%, 1,3 %, 2,6 %, том гелю кремнекислоти) у вигляді молекул, які 5,2%, 7,8% і 10% від маси рідкого скла за винахопокриті дипольними групами -SO3Na, які звернені дом. Зразки витримували першу добу в повітрі у назовні позитивним полюсом, Фіг.3, а. нормальних умовах, а потім у воді при нормальній У результаті при нагнітанні дисперсна фаза температурі 20°С. Випробування на стиск зразківрідкоскляної композиції, яка заявляється, є однокубів проводили через 3, 7, 14 і 28 діб. На Фіг.6 зарядженою, яка складається з частинок рідкого наведено дані змінення міцності при стиску RCT скла, Фіг.4, а, і полімерних іонів добавки С-3, Фіг.4, рідкого скла з кремнефтористоводневою кислотою б, з позитивними рівноважними електроповерхневід вмісту С-3 у ньому. P вими потенціалами Y . Відштовхуюча складова За даними графіків Фіг.6, а, добавка С-3 вже розклинювального тиску між дифузними шарами на 3 добу твердіння збільшує міцність рідкоскляної ПЕШ частинок за теорією ДЛФО [Дерягин Б., Ланкомпозиції, при цьому найбільші міцності мають дау Л. Теории устойчивости сильно заряженных місце при кількості С-3=7-9% з максимумом при лиофобных золей и слипания сильно заряженных 7,8%. Збільшення міцності рідкоскляної комрозиції частиц в растворах электролитов. - Журн. экспер. 11 87795 12 при С-3=7,8% стає ще більшим на 7-у і 14-у добу Вода водопровідна за ГОСТ 2874-82. (відповідно, 2,4 і 5,8МПа). 1.1. Визначення властивостей дрібного піску, При занурюванні на 3-ю добу зразків у воду який закріплено рідкоскляним складом за прототиконтрольні зразки розвалилися, а склади, які міспом. тили різну кількість добавки С-3, продовжували Розраховують склад суміші дрібного піску з твердіти, досягая найбільших значень міцності на рідкоскляним складом за прототипом у розрахунку стиск у границях С-3=7-9% при максимумі 7,8 %. на отримання об'єму суміші VСУМ=1л і, виходячи із Це свідчить про оптимальний за міцністю вміст того, що водний розчин рідкого скла (РРС) має С-3 при твердінні композиції як у повітрі, так і у щільність 1,25кг/л, водний розчин отверджувача воді, та придбанні рідкоскляною композицією, яка РОтв має щільність 1,08кг/л, їх співвідношення заявляється, здатності твердіти у воді. 1:0,11 і вони заповнюють пустоти піску: Експериментально показано також, що увеVП=1л; дення добавки С-3 у склад рідкого скла практично VPPC+VPOTB=VPPC+0,11 VPPC=1,11 VPPC, не впливає на його умовну, а, отже, і динамічну 1,11 VPPC=0,46 VП; в'язкість, Фіг.7, яка залишається близькою до в'язVPPC=0,46·VП/1,11=0,41л; кості води. VPOTB=0,11·VPPC=0,11·0,46=0,0506л. Співвідношення водних розчинів рідкого скла з Перевірка: VП·(1-Пусn)+VPPC+VPOTB=1·(1добавкою С-3 і кремнефтористоводневої кислоти в 0,46)+0,41+0,0506=0,54+0,41+0,0506»1л. границях 1:(0,1¸0,12) також обгрунтовано експеУ розрахунку на виготовлення 15 зразків-кубів риментально, Фіг.8, звідки видно, що при цьому і з урахуванням коефіцієнта запасу 1,3 витрати співвідношенні забезпечується необхідний час до матеріалів складуть: початку тужавлення композиції, яка заявляється. VП=15·1,3=19,5л; Дослідження міцностних характеристик прониVPPC=0,41·15·1,3=8л. каючої здатності рідкоскляних складів в залежності VPOTB=0,046·15·1,3=0,9л. від вмісту добавки С-3 (3 склади - без добавки, СВідважують матеріали у цих кількостях, змі3=5,2% і С-3=7,8%) проводили шляхом їх нагнішують у 50-літровій ємності розчин рідкого скла з тання за допомогою ручного поршневого розчиноотверджувачем, перемішуючи їх до отримання насоса в заповнену дрібним піском чарунку з поліоднорідного розчину низькооборотним дрилем з етиленової труби діаметром D=32мм з отворами, насадкою. які закривали фильтруючою тканиною, за аналогіЗасипають кількома порціями в цю ємність пією з Фіг.2. сок, перемішуючи отриману суміш таким же чином. Перед нагнітанням рідкоскляних складів пісок Із отриманої суміші піску з рідкоскляним склаводонасичували шляхом прокачування крізь нього дом виготовляють у формах 10x10x10см 12 зразчистої води. ків-кубів, ущільнюючи та загладжуючи суміш штуГлибину проникання попередньо оцінювали за катурною лопаткою. Зразки у формах зберігають виходом закріплюючого розчину крізь отвори, а протягом 3-х діб у нормальних умовах. По закінпісля затвердіння закріпленого таким способом ченню 3-х діб зразки, виймають. Три зразки випропіску (через добу) - за висотою стовпа розчину в бують на стиск, 3 - занурюють у воду, а решту 9 поздовжньо розрізаних трубках, Фіг.9, а. продовжують зберігати в природних умовах. Потім На Фіг.9, б, наведена графічна залежність гливипробують на стиск по 3 зразки на 7-у, 14-у і 28-у бини нагнітання розчину рідкого скла рідкоскляної добу. композиції в залежності від вмісту добавки С-3. Із Спостереження свідчать, що 3 зразки, які були графіка виходить, що С-3 сильно збільшив глибину занурені у воду, швидко розмокли та розвалилися нагнітання композиції у порівнянні з бездобавочу ній, тобто зовсім не мали водостійкості. ним рідким склом (для рідкоскляної композиції з СРезультати випробувань решти зразків наве3=7,8% - у 4 рази). дені на графіку змінення міцності при стиску RСТ Приклад 1. Визначення міцності, водостійкості закріпленого дрібного піску з часом, Фіг.10, a і б і гідравличних властивостей дрібного піску, який (нижні криві). закріплено рідкоскляним складом за прототипом і 1.2. Розраховують склад суміші дрібного піску рідкоскляною композицією, яка заявляється. з рідкоскляною композицією, яка заявляється, у Використані матеріали: розрахунку на отримання об'єму суміші VСУМ=1л і, Пісок кварцевий дрібний за ДСТУ Б В.2.7-32виходячи з того, що РРС має щільність 1,25кг/л, 95 Безлюдівського карьеру (Харківська обл.). МоРОтв має щільність 1,08кг/л, їх співвідношення дуль крупності Мкр=1, насипна щільність 1:0,11, вміст добавки С-3 складає 7,8% від маси рідкого скла за сухою речовиною PC (силікату наrнасn=1,43кг/л, істинна щільність rn=2,65кг/л, пустотрію Na2SiO3, істинна щільність rРС=2,65кг/л), і уся тність Пусn=0,46. Скло натрієве рідке за ГОСТ 13078-81 ТУ У композиція заповнює пустоти піску: 21875464.004-98, щільністю 1,4кг/л, виробництва VП=1л; ТОВ «Варче» (м.Костянтинівка Донецької обл., Щільність розчину рідкого скла Україна). rРРС=(PC+В)/(РС/rРС+В), Кремнефтористоводнева кислота H2SiF6 за звідки ГОСТ 10484-78, щільністю 1,4кг/л, виробництва rРРС·PC/rРС+rРРС·В=PC+В; ВАТ «Галоген» (м.Перм, Росія). РС(1-rРРС/rРС)=В(rРС/rВ-1); Добавка С-3 за ТУ 6-36-0204229-625 виробниВ=PC·(1-rРРС/rРС)/(rРС/rВ-1); цтва ВАТ «Комбинат органического синтеза» (м. В=PC·(1-1,25/2,65)/(2,65/1-1)=РС·(1Новомосковськ Тульської обл., Росія). 0,47)/1,65=РС·0,53/1,65=0,32·PC. 13 87795 14 Сскладом за прототипом. В умовах водного зберігання дрібний пісок, закріплений композицією, яка 3=0,078PC=0,078/rРРС·VPPC=0,078/1,25·VPPC=0,062· заявляється, набуває досить високу міцність, у той VPPC; час як дрібний пісок з рідкоскляним складом за VPOTB=0,11·VPPC. прототипом швидко розмокає та розвалюється у Об'єм рідкоскляної композиції: воді. VPК=VPPC+VCПриклад 2. Закріплення основи з водонасиче3+VPOTB=VPC+0,062·VPPC+0,11·VPPC=1,172·VPPC. ного дрібнопіщаного грунту. Так як VPК=VП·Пусn=0,46·VП і VП=1л, Закріплення основи з водонасиченого дрібно1,172·VPPC=0,46·VП. піщаного грунту виконано на площі близько 30м2 з Відповідно, склад композиції на об'єм 1л: метою забезпечення стійкості монумента, зведенVPPC=0,46·VП/1,172=0,39л. ня якого передбачалося на цій основі. VPOTB=0,11·0,39=0,043л, Для закріплення основи виготовляють із труб С-3=0,062·0,39=0,024кГ. ВГП Ду 20мм ін'єктори з перфорацією Æ3мм для Перевірка: VП·(1-Пусn)+VPPC+VPOTB+VC-3=1·(10,46)+0,39+0,043+0,024/1,4=0,54+0,39+0,043+0,017 нагнітання, глухі ланки-подовжувачі довжиною 1м кожна, нарізні муфти, загострені наконечники і »1л. наголовники (Фіг.11, а, б). У розрахунку на виготовлення 24 зразків-кубів На кінець ін'єкторів насаджують загострені наі з урахуванням коефіцієнта запасу 1,3 витрати конечники, а на протилежному боці - наголовники. матеріалів складуть: Починають забивання першого ін'єктора, виVП=24·1,3·0,54=16,85л; користовуючи звичайний молоток, при необхідносVPPC=0,41·24·1,3=12,79л. ті молот масою 15кг, залишаючи кінець ін'єктора VPOTB=0,046·24·1,3=1,44л. близько 20см вище поверхні основи. VC-3=24·0,017·1,3=0,53кГ. Готують рідкоскляну композицію, яка заявляЗагальний об'єм суміші ється, у необхідному об'ємі (у даному випадку VCM=16,85+12,79+1,44+0,53=31,6л. 120л), визначаючи час її гелеутворення. Він склав Готують рідкоскляну композицію, яка заявлянеобхідні 20¸30хв. ється, для чого відважують матеріали у цих кількостях, помішують у 50-літрову ємність розчин рідкоПроводять нагнітання композиції за допомого скла, усипають у нього С-3 тонкою струминкою, гою ручного поршневого насоса, Фіг.12, а. безперервно перемішуючи низькооборотним дриПісля цього нагвинчують на ін'єктор за дополем з насадкою до повного розчинення С-3, увомогою нарізної муфти глуху ланку, переставляючи дять в цю суміш водний розчин отверджувача і на неї наголовник, забивають подовжений ін'єктор знову перемішують до отримання однорідного на відповідну глибину і нагнітають наступну порцію розчину. рідкоскляної композиції. Усипають кількома порціями в цю ємність піПодібним чином, нарощуючи ін'єктор, виконусок, перемішуючи отриману суміш таким же чином. ють нагнітання композиції на задану глибину і, Із отриманої суміші піску з рідкоскляною компереходячи до наступних ін'єкторів, закріплюють позицією, яка заявляється, виготовляємо у форгрунт на всій площі закріпляємої основи. Усього мах 10x10x10см 24 зразки-куби, ущільнюючи та проведено нагнітання композиції, яка заявляється, загладжуючи суміш штукатурною лопаткою. Зразв об'ємі більше 30м3. ки у формах зберігаємо протягом 3-х діб у нормаЧерез місяць після нагнітання виконують за льних умовах. По закінченню 3-х діб зразки вийдопомогою свердлувальної машини CD 300 фірми мають. Три зразки випробують на стиск, 3 "NORTON", Фіг.12, б, керни закріпленого грунту, занурюють у воду, а решту 18 продовжують зберіФіг.13, а, виготовляють із них зразки-куби, Фіг.13, гати в природних умовах. Потім випробують на б, і випробують їх на міцність при стиску RCT. стиск по З зразки повітряного твердіння і 3 - водноЗа результатами випробувань міцність закріпго твердіння на 7-у, 14-у і 28-у добу. леного грунта становила у середньому Спостереження свідчать, що всі зразки водноRCT=2,7МПа. го твердіння не розвалилися, а, навпаки, набирали На Фіг.14 наведено монумент, зведений на заміцність. Результати випробувань наведено на кріпленій основі за допомогою рідкоскляної компографіках змінення міцності при стиску RCT закріпзиції, яка заявляється. леного дрібного піску з часом, Фіг.10, а і б (верхні При використанні рідкоскляної композиції, яка криві). заявляється, було досягнуто технічний результат, Порівняння міцностей показує, що дрібний піякий полягає у значному збільшенні проникної сок, закріплений рідкоскляною композицією, яка здатності, міцності і водостійкості рідкоскляної заявляється, і тверднуючий у повітряних умовах, композиції і її придатності для зміцнення водоназначно міцніший, ніж закріплений рідкоскляним сиченого дрібнопіщаного грунту. 15 87795 16 17 87795 18 19 87795 20 21 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 87795 Підписне 22 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601