Склад зміцнювальний

Склад зміцнювальний для укріплення та водоізоляцм тріщинуватих порід і нестійких ґрунтів, на основі бе нто ніто-цементного тампонажного Винахід належить до галузі гірничої справи і використовується для зміцнення та водоізоляцм тріщинуватих порід і нестійких грунтів Відома "Суміш для тампонування" по АС №1774696 (прототип), включаюча в мас % глина бентонітова 4 14-31 40 цемент 6 80-13 40 силікат натрію 1 90-3 50 вода інше Ця суміш призначена для тампонування обводнених тріщинуватих і закарстованих гірничих порід Глина бентонітова в цій суміші використовується як наповнювач Але суміш такого складу не технологічна, погано прокачується поршневими помпами, має невелику МІЦНІСТЬ на стиск, яка складає лише 1 5кг/см (М Н Лысенко "Состав и физико-механические свойства грунтов", М , Недра, 1980, с 86) Глина бентонітова є основою ізолюючої суспензії і забезпечує її помпування, седиментаційну СТІЙКІСТЬ, непроникність складу, який відрізняється тим, що для поліпшення технологічних властивостей і збільшення кінцевої пластичної МІЦНОСТІ В бентоніто-цементному складі збільшують КІЛЬКІСТЬ в'яжучого та зменшують КІЛЬКІСТЬ ГЛИНИ бентонітової при співвідношенні компонентів (% маси) глина бентонітова 4- 5 цемент ЗО - 35 силікат натрію 1-1,5 вода 58,5 - 65 пластичність затверділого складу Глина бентонітова належить до групи монтморилонітів До мінералів цієї групи належать монтморилоніт, вермикуліт, палигорскіт Вони мають стабільну кристалічну решітку Реакції заміщення, обміну та гідратації відбуваються як на поверхні, так і в середині кристалічної решітки між її пакетів Спроможність до реакцій ізоморфного заміщення, гідратації та катіонного обміну дуже велика-до ЮОмг-екв та вище на 100г сухої глини бентонітової Одним з важливих показників водно-фізичних властивостей бентонітових глин є висока водоутримуюча спроможність, пов'язана з ємністю обмінного комплексу В табл 1 приведені ВІДОМОСТІ про водоутримуючу спроможність різних видів монтморілонітових глин (Кульчицкий Л Н , Усьяров ОГ Физико-химические основы формирования свойств глинистых пород М,, Недра, 1981, с 63) та Таблиця 1 Гранична водоутримуюча спроможність монтморілонітових глин № Види монтморілонітових глин 1 2 3 Na - аскангель К - аскангель Са - аскангель , Ємність обміну мг/екв на 100г 135 93 100 Гранична водоутримуюча спроможність, Wmax, % 844 305 250 00 ю 54812 З поданих даних зрозуміло, що водоутримуюча спроможність монтморілонітових глин залежить від ємності обмінного катіону та для натрієвих глин більше в 3 рази ніж для кальцієвих глин Гранична водоутримуюча спроможність визначає верхній край утримання води, при якому бентонітова суспензія зберігає свою структуру за рахунок осмотичного зв'язування води (Л М Кульчицкий "Роль воды в формировании свойств глинистих пород", М , Недра, 1975) При зменшенні утримання води МІЦНІСТЬ структури збільшується Причому при рівній вологості МІЦНІСТЬ структури натрієвих бентонітових суспензій вища ніж МІЦНІСТЬ структури кальцієвих бентонітових суспензій (Л М Кульчицкий, О Г Усьяров "Физико-химические основы формирования свойств глинистых пород", М , Недра, 1981) Характеристикою бентонітових суспензій є статичне напруження зсуву (СНЗ), але граничне напруження зсуву, при якому бентонітова суспензія починає текти Згідно з нормативними вимогами (ВНТП 6-76) слід застосовувати тампонажні суміші, маючі СНЗ=5 0-15 ОПа їх кінцева пластична МІЦНІСТЬ повинна бути більшою ніж 1,5кг/см На фіг 1 приведені експериментальне отримані залежності СНЗ від ЩІЛЬНОСТІ суспеї-зм для наступних бентонітових глин 1 - Черкаська Na - бентоніт 2 - Констянтинівська Na - бентоніт 3 - Махарадзевська Са - бентоніт З поданих на фіг 1 даних видно, що Черкаські бентоніти задовольняють нормативним вимогам при ЩІЛЬНОСТІ 1045-1080кг/м3, що відповідає утриманню твердого 52-94кг на 1м3 суспензії, КОНСТЯНТИНІВСЬКІ бентоніти задовольняють нормативним вимогам при ЩІЛЬНОСТІ 10251034кг/м3, що відповідає утриманню 32-45кг на їм3 суспензії, Махарадзевський бентоніт-при ЩІЛЬНОСТІ 1300-1170кг/м і утриманні 158-269кг на 1м суспензії При цьому впровадження 6 80-13 40% цементу (КІЛЬКІСТЬ рекомендована у прототипі) не забезпечує зв'язування КІЛЬКОСТІ ВОДИ, потрібної для досягнення МІЦНОСТІ структури, визначеної нормативними вимогами - не менш 1 5кг/см2 В табл 2 приведені значення пластичної МІЦНОСТІ бентоніто цементи их складів з різних бентонітових глин при співвідношенні компонентів за прототипом та пропонуємим винаходом Таблиця 2 МІЦНІСТЬ складів для тампонування на основі бентонітових глин при співвідношенні компонентів за прототипом та пропонуємим винаходом Утримання бентонітової бентоніта на СНЗ суспензії, кг/м3 1м3 складу ЩІЛЬНІСТЬ Вид глини Утримання цементу на 1м3 складу Утримання сил натрію на 1м складу 10 діб 014 13 150 1 05 05 879 2110 2 07 013 ЗО 142 % Па кг % кг % 1045 52 50 10 100 78 27 218 1034 45 43 10 450 33 5 14 1100 158 11 8 10 100 74 27 З цієї таблиці видно, що при співвідношенні компонентів за прототипом кінцева МІЦНІСТЬ складів на основі Черкаських і Махарадзевських бентонітових глин має низькі значення та не досягає нормативних значень Технологічні властивості цих складів в перші хвилини також не задовольняють нормативним вимогам Через де в основу винаходу поставлена задача поліпшення технологічності складу та збільшення його МІЦНОСТІ для забезпечення надійного та ефективного укріплення тріщинуватих порід і нестійких ґрунтів при будуванні стовбур в та підземних виробіток Визначена мета досягається тим, що в складі зміцнювальному збільшена КІЛЬКІСТЬ в'яжучого та зменшена КІЛЬКІСТЬ глини бентонітової при співвідношенні компонентів в мас % глина бентонітова 4-5 цемент 30-35 силікат натрію 1-15 вода інше Приведений склад зміцнювальний якісно складу, КПа, через 1 доба кг Черкаський бентоніт Констянтинівський бентоніт Махарадзевський бентоніт Пластична МІЦНІСТЬ 1 МІН характеризується добрими технологічними властивостями, МІЦНІСТЮ на стиск 20-30кг/см2, нерозмивністю у воді, водонепроникністю, седиментаційною СТІЙКІСТЮ та пластичністю на протязі всього строку служби цього складу Тому що бентонітові глини розрізняються за водоутримуючою спроможністю залежно від домінуючого іонообмінного комплексу, співвідношення компонентів слід вибрати залежно від водоутримуючої спроможності глин Конкретний приклад виконання передбаченого винаходу з обліком різниці глин здійснюють таким чином Комову бентонітову глину або бентонітовий глінопорошок з допомогою змішувальної машини переводять в бентонітову суспензію з ЩІЛЬНІСТЮ - для натрієвих бентонітів від 1025 до 1034кг/м3 - для кальцієвих бентонітів від 1100 до 1170кг/м3 для запесочених бентонітів від 1200 до 1300кг/м 54812 У 1м одержаної бентонітової суспензії вводять при інтенсивному перемішуванні цемент в КІЛЬКОСТІ 100-450кг та силікат натрію з ЩІЛЬНІСТЮ 3 1450кг/м в КІЛЬКОСТІ 14-27кг В табл 3 приведені зіставна інформація про пластичну МІЦНІСТЬ пропонуємих складів для тампонування при різних співвідношеннях компонентів, суміші за прототипом при оптимальному співвідношенні компонентів, а також нормативні вимоги Таблиця З Зіставні данні структурно - механічних характеристик пропонуємого складу зміцнювального, складу за прототипом та нормативних вимог ВНТП 6-76 для різних видів бентонітових глин Граничні умови Бентоніт 1 Утримання, мас % Цемент Силікат натрію 2 3 4 Пластична МІЦНІСТЬ, мас % 1 МІН 1 доба 10 діб 5 6 7 Склад зміцнювальний на основі натрієвого бентоніта Вище верхнього краю 56 37 8 19 0 69 Верхній край 5 35 15 0 63 Оптимальне співвідношення 43 33 5 1 05 05 компонентів Нижчий край 4 ЗО 1 0 42 Нижче нижчого краю 34 26 9 09 0 31 Склад за прототипом при оптимальному співвідношенні 24 5 09 0 35 компонентів Вимоги по ВНТП 6-76 0 15-0 5 Склад зміцнювальний на основі кальцієвого бентоніта Вище верхнього краю 26 3 135 38 0 68 Верхній край 21,5 11 5 32 0 49 Оптимальне співвідношення 166 94 26 0 36 компонентів Нижчий край 11 8 75 21 016 Нижче нижчого краю 69 54 15 011 Оптимальний склад за 25 5 9 09 0 35 прототипом Вимоги по ВНТП 6-76 0 15-0 5 Склад зміцнювальний Вище верхнього краю 35 1 Верхній край 31 4 Оптимальне співвідношення 27 7 компонентів Нижчий край 24 Нижче нижчого краю 20 3 Оптимальний склад за 24 5 прототипом 979 927 3042 2587 879 2110 781 613 1969 1513 74 256 не нормується >150 112 98 220 231 78 262 ЗО 3 152 64 74 256 не нормується >150 на основі запесоченого бентоніта 125 106 39 3 061 05 72 68 273 252 87 24 0 36 62 230 68 49 19 11 016 012 14 12 150 96 9 09 0 35 74 256 0 15-0 5 не нормується >150 Вимзги по ВНТП 6-67 З даних табл 3 випливає, що в границях оптимальності пропонуємий склад задовольняє нормативним вимогам за прокачуванням та кінцевою пластичною МІЦНІСТЮ (через 10 діб) При співвідношенні компонентів нижче границь оптимальності склади не досягають необхідної МІЦНОСТІ, мають слабу структуру в початковий період, слабо набирають МІЦНІСТЬ та мають понижену ВОДОСТІЙКІСТЬ При співвідношенні компонентів вище границь оптимальності склади втрачають здатність до прокачування Джерела інформації 1 Лисенко М Н Состав и физикемеханические свойства грунтов М , Недра, 1980 2 Кульчицкий Л М , Усьяров О Г Физикохимические основы формирования свойств глинистых пород М , Недра, 1981 3 Кульчицкий ЛМ Роль воды в формировании свойств глинистых пород М, Недра, 1975 4 АС №1774696 Суміш для тампонування ЕЯ Кіпко та ш Не опубл Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24