Разработка состава грунтобетона модифицированного французскими углеродными нанотрубками фирмы "Arkema" - Дипломная работа

2.3.3 Подготовка к испытаниям 2.3.5 Обработка результатов испытаний 2.4 Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости грунтов по ГОСТ 12248-96 2.4.3 Подготовка к испытанию3.1 Экспериментальное определение характеристик грунта 3.1.1 Определение плотности грунта(естественной ненарушенной структуры) ? и удельного веса грунта ? 3.1.2 Определение природной влажности грунта WПоследние годы активно ведутся строительство и реконструкция зданий в центре города, к уже существующим зданиям пристраиваются новые - здания-«встройки», в которых часто предусматривается строительство подземных гаражей. Такие грунты не могут рассматриваться в качестве надежного основания. При строительстве новых зданий и сооружений эти грунты неизбежно вовлекаются в зону техногенного воздействия. Они характеризуются наличием слоистости, повышенной деформативностью, анизотропией свойств и фракционно изменяются от глин до супесей. Воронкевич для нужд технической мелиорации грунтов разработал классификацию методов их искусственного улучшения, в которой в зависимости от исходных природных свойств грунтов предусмотрены мероприятия по их изменению [3].В условиях слабых грунтов площадки строительства проектировщики, как правило, применяют свайные фундаменты, с опиранием острия свай на плотные слои грунта. Буросмесительный метод закрепления разрабатывался СИБЗНИЭПОМ, однако, технология и оборудование для устройства цементогрунтовых свай буросмесительным методом не получили широкого применения. Для глубинного закрепления слабых водонасыщенных глинистых грунтов перспективно применение метода струйного перемешивания вяжущего с исходным грунтом - технология Jet Grouting. При выполнении закрепления грунта по струйной технологии диаметр получаемой грунтоцементной колонны зависит от свойств грунта и большого числа технологических параметров: давления, расхода, скоростей вращения струи и подъема из скважины бурового инструмента и др. По этой технологии, широко применяемой в Японии, вяжущее вводится в грунт в сухом состоянии, подача его осуществляется воздухом через специальные воздушные сопла.При использовании цементного молока для закрепления слабых грунтов значения конечной прочности полученного материала могут иметь большой разброс. Глинистые частицы, попадающие в цементный раствор, способствуют снижению механической прочности цементного камня. При введении в исходный цементный раствор добавки извести до 2% в виде известкового молока (по данным, полученным в ВИТР) увеличивается прочность цементного раствора и уменьшается размокающее действие на окружающие глинистые грунты (табл. Применение извести в качестве вяжущего в наших условиях сдерживается рядом факторов: ее стоимость близка к стоимости цемента, а закрепленный известью (без добавок) грунт набирает прочность значительно дольше. При проектировании закрепления грунтов известкованием необходимо учитывать, что известково-глинистые грунты как конструкционный материал не получили широкой апробации и для их промышленного применения необходимо проведение дополнительных исследований.Грунты отобраны из геологических выработок в д.Классификация» все грунты по общему характеру структурных связей делятся на четыре класса: I. Класс техногенных грунтов (с различными структурными связями, возникшими в результате деятельности человека) - скальные, дисперсные и мерзлые грунты. Классы грунтов согласно ГОСТ 25100-95 подразделяются на пять таксономических единиц, по следующим признакам: - группа - по характеру структурных связей (с учетом их прочности) - скальные, полускальные; связные, несвязные;Все грунты различаются по структуре, текстуре, условиям залегания, минералогическому и петрографическому составу, что обуславливает различие их физико-механических свойств. Они характеризуют способность породы изменить состояние, прочность и деформируемость при взаимодействии с водой, поглощать и удерживать воду, фильтровать ее.Наименование (разновидность) глинистого грунта определяют по числу пластичности (таблица 2). Грунт просадочный - грунт, который под действием внешней нагрузки и собственного веса или только от собственного веса при замачивании водой или другой жидкостью претерпевает вертикальную деформацию (просадку) и имеет относительную деформацию просадки esl ? 0,01. Рассчитывают плотность сухого грунта rd, г/см3 - отношение массы грунта (за вычетом массы воды и льда) к его объему: (5) где r - плотность грунта, г/см3; Образцы грунта для испытаний следует отбирать из монолита рабочим кольцом компрессионного прибора методом режущего кольца по ГОСТ 5180-84 с учетом выполнения следующего требования: подготовленные образцы грунта при испытании должны иметь по отношению к направлению нагрузки ориентировку, соответствующую залеганию грунта в массиве. Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или в водонасыщенном состоянии, или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности (в т.ч. при полном водонасыщении), или образцы, отобр

Содержание

Введение

Глава 1. Современное состояние проблемы

1.1 Состояние глинистых грунтов

1.2 Технологии глубинного закрепления глинистых грунтов

1.3 Материалы, применяемые при глубинном закреплении грунтов

Глава 2. Материалы и методы исследований

2.1 Грунт

2.2 Исследование грунтов

2.2.1 Классификация грунтов

2.2.2 Определение физико-механических свойств грунтов

2.2.3 Порядок определения физических свойств связных (глинистых) грунтов

2.3 Метод лабораторного определения характеристик просадочности по ГОСТ 23161-78

В результате проведенной работы был разработан модифицированный грунтобетон.

Введение

Актуальность работы

Большой класс структурно-неустойчивых грунтов составляют лессовые просадочные грунты, в которых нарушение структуры с возникновением значительных просадок происходит при замачивании их под нагрузкой.

Просадками называются местные быстро протекающие вертикальные деформации грунтов, обусловленные резким коренным нарушением структуры и сопровождающиеся частичной или полной потерей сопротивляемости нарушенных масс грунта, а при избыточном увлажнении - выдавливанием грунтов в стороны.

Практика строительства на лессовых грунтах показала, что просадки могут достигать значительной величины. Так, стена рудного крана Кузнецкого завода примерно за один год осела на 37 см. Свойство лессовых грунтов терять устойчивость своей структуры при увлажнении обусловливает настолько своеобразные строительные качества этих грунтов, что требует особого рассмотрения.

Лессовые грунты залегают на значительной части территории России, более 16% континентальной поверхности. Для практики строительства весьма важно уметь отличать просадочные лессовые грунты от обычных, знать особенности механических свойств просадочных грунтов и предусмотреть влияние этих свойств на возводимые сооружения.

Рис. 1. Карта развития лессовых пород на территории СНГ ("Лессовые породы", 1986, т. 1)

1 - лессы и лессовые породы большой мощности (более 10 м), проявляющие просадку под собственным весом; 2 - лессовые породы и лессы мощные (более 5 м), проявляющие значительные просадочные деформации при дополнительных нагрузках; 3 - лессовые породы средней мощности (5 - 10 м), проявляющие незначительные просадочные деформации при дополнительных нагрузках; 4 - лессовые породы прерывистого распространения (3 - 5 м), непросадочные; 5 - лессовые породы прерывистого и островного распространения изменчивой мощности, неоднородные по просадочности; 6 - лессовидные и покровные глинистые породы островного и прерывистого распространения, маломощные, непросадочные; 7 - мерзлые покровные пылеватые глинистые породы, проявляющие термопросадки в результате оттаивания.

На данный момент существует достаточно способов решения проблемы просадочности грунтов. В основоном эти способы заключаются в искусственном преобразовании строительных свойств грунтов физико-химическими методами в условиях их естественного залегания для повышения прочности или связности и придания водонепроницаемости. В результате закрепления грунтов увеличивается несущая способность оснований сооружений. Закрепление грунтов применяется также для укрепления стенок котлованов, горных выработок и пр., для создания водонепроницаемых завес и т. д. Закрепление грунтов осуществляется нагнетанием в грунт вяжущих материалов и химических растворов, а также воздействием на грунт электрического тока, нагреванием и охлаждением грунта.

В соответствии с видом применяемых средств различают следующие способы закрепления грунтов: цементация, глинизация, битумизация, силикатизация, смолизация, термический и электрохимический способы. Пределы применимости каждого из способов закрепления грунтов определяются требованиями, предъявляемыми к закрепленному грунту, и свойствами самих грунтов: водопроницаемостью, скоростью фильтрационного потока, однородностью грунтов и т. д.

Цели исследования

В данной работе мы не будем опровергать общепринятые дефениции, а будем разрабатывать состав грунтобетона модифицированного многослойными углеродными нанотрубками.

Мы будем исследовать прочностные характеристики просадочных грунтов при добавлении к ним в определенных пропорциях портландцемента и многослойных углеродных нанотрубок. При положительных результатах, а именно: увеличении прочностных характеристик и не сильно затратных экономических вложений можно будет считать исследования успешными и возможными к применению в строительном производстве.

Задачи исследования

Для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - подбор просадочного грунта и определение его физико-механических, деформационных и прочностных характеристик

- разработка состава грунтобетона;

-оптимизация состава грунтобетона модифицированного углеродными наноструктурами;

- исследование физико-технических свойств грунтобетона;

-анализ эффективности модификации грунтобетона углеродными нанотрубками.

Научная новизна

Разработан состав грунтобетона модифицированный французскими углеродными нанотрубками фирмы «Arkema»

Практическая значимость

Увеличение прочностных характеристик за счет структурирования матрицы грунтобетона углеродными нанотрубками. Как следствие расширение диапазона применения грунтобетона при небольших объемах дополнительных вложений к первоначальной стоимости грунтобетона.

На защиту выносятся: - состав грунтобетона с повышенными прочностными характеристиками;

- результаты исследования влияния углеродных нанотрубок на структуру и свойства грунтобетона;Увеличение прочностных свойств на 30% по сравнению с немодифицированным грунтобетоном, увеличение сцепления грунта уменьшение деформационных свойств грунта, уменьшение просадочности.

Грунтобетон может быть использован для создания укрепленного основания под автодороги, фундамента под здания, подпорных стенок, стен в грунте. Метод струйной цементации грунтов (Jet grouting) уже давно используется в строительстве, и применение нового модифицированного материала только поспособствует распространению данного метода. Хорошо подойдет для реконструкции зданий при укреплении оснований и фундаментов.

Введение в грунтобетонную матрицу нанодисперсных структур типа углеродных нанотрубок позволяет стимулировать структурообразование композиций и улучшать его физико-технические свойства.

Полученный материал имеет стоимость немного превыщающую первоначальную за счет добавления наноструктур. Дальнейшая работа будет направлена на исследование морозостойкости.

Список литературы

1. Жинкин Г.Н., Калганов В.Ф. Закрепление слабых грунтов в условиях Ленинграда. Л.: Стройиздат, 1967.

2. Шапошников А.В. Разработка расчетных параметров закрепления просадочных грунтов цементом: Дисс. . . канд. техн. наук. М., 1986.

3. Гончарова Л.В. Основы искусственного улучшения грунтов. М., 1973.

4. А.Н. Токин. Фундаменты из цементогрунта. М.: Стройиздат, 1984

5. Богов С.Г. ГЛУБИННОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ. N5, 2002

6. В. Н. Соколов . ПРОБЛЕМА ЛЕССОВ. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ; Соросовский Образовательный Журнал , N9, 1996, ctp.86-93

7. А.Г.Малинин, С.А.Чернопазов, П.А.Малинин. Усиление фундаментов при реконструкции зданий

8. Лебешев И.М., Львович Ю.М., Малинин А.Г., Фельдман А.П., УКРЕПЛЕНИЕ СЛАБЫХ ГРУНТОВ В ОСНОВАНИИ НАСЫПИ

9. Малинин А.Г. Применение струйной цементации в подземном строительстве // Подземное пространство мира, 2000, №2.

10. Малинин А.Г. Применение технологии струйной цементации грунтов в транспортном строительстве // Метро и тоннели. 2001, №6.

11. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ

12. http://bibliotekar.ru/spravochnik-165-vozvedenie-podzemnoy-chasti/21.htm Глава 5. Устройство оснований., Закрепление грунтов оснований

13.Пособие к СНИП 3.02.01-83 Пособие по химическому закреплению грунтов инъекцией в промышленном и гражданском строительстве

14. ВСН 40-88. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И УСТРОЙСТВО ФУНДАМЕНТОВ ИЗ ЦЕМЕНТОГРУНТА ДЛЯ МАЛОЭТАЖНЫХ СЕЛЬСКИХ ЗДАНИЙ., МОСКВА-1988

15. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И УСТРОЙСТВУ ФУНДАМЕНТОВ ИЗ ЦЕМЕНТОГРУНТА М.: НИИОСП им. М.Герсеванова Госстроя СССР, 1986

16. Грунтобетон - современный композиционный материал

17. ПОСОБИЕ ПО ПРОИЗВОДСТВУ РАБОТ ПРИ УСТРОЙСТВЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ (к СНИП 3.02.01-83) № 22 от 20 февраля 1984 г.

18. Крутов. В.И., Основания и фундаменты на просадочных грунтах., Киев- Будивельник 1982г.

19. ВСН 34-83 Цементация скальных оснований гидротехнических сооружений ЛЕНИНГРАД - 1984

20. Л. И. НАСИБУЛИНА, П. Р. МУДИМЕЛА, А. Г. НАСИБУЛИН, Т. С. КОЛЬЦОВА, О. В. ТОЛОЧКО, Э. И. КАУППИНЕН

СИНТЕЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК И НАНОВОЛОКОН

НА ЧАСТИЦАХ КРЕМНЕЗЕМА И ЦЕМЕНТА, Вопросы материаловедения, 2010, № 1(61)

21. Владислав Фельдблюм. Маленькие частицы с большими возможностями (популярный очерк о наночастицах и нанотехнологиях), Ярославль, август 2011 г.

22. УДК 53.086 Многослойные углеродные нанотрубки и их применение М. М. Томишко, О. В. Демичева, А. М. Алексеев, А. Г. Томишко, Л. Л. Клинова, О. Е. Фетисова Рос. хим. ж., 2008, т. LII, №5

23. Балоян Б. М., Колмаков А. Г., Алымов М. И., Кротов А. М. Наноматериалы. Классификация, особенности свойств, применение и технологии получения. Уч. Пособие. М., 2007. - 125 с

24. Справочник по общестроительньш работам. Основания и фундаменты. Под общ. ред. М. И. Смородинова. М., Стройиздат, 1974, 372 с. (Науч.-исслед. ин-т оснований и подземных сооружений). Авт.М. И. Смородинов, Б. С. Федоров, Б. А. Ржаницын и др.

25. Макаров С.П. Журнал лабораторных робот по курсу "механика грунтов". - Ижевск, 1997. - 32 с.

26. ГОСТ 12071-2000. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование, хранение образцов. - М.: ГУП ЦПП. - 2001. - 13 с.

27. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. - М.: Изд-во стандартов. - 1993. - 21 с

28. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. -М.: Изд-во стандартов. - 1993. - 21 с.

29. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. - М.: Изд-во стандартов. - 1997. - 34 с.

30. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 1997. - 78 с.

Размещено на .ru