автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Технология устройства глубоких противофильтрационных завес с использованием в качестве заполнителей траншей твердеющих материалов на основе отходов производства

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОйТЕЛЬНЬа! УНИВЕРСИТЕТ

8 и/1

3 ' * ( На правах рукописи

Пермяков Михаил Борисович

ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВА ГЛУБОК!« ЩШШОШЬТРАЦИОННЫХ ЗАВЕС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ В КАЧЕСТВЕ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ ТРАНШЕЙ ТВЕРДЕЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

05.23.08. Технология и организация промышленного а гражданского строительства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполнена в Московской Государственном строительном университете

Научный реководитель - доктор технических наук» профессор

Ы.И.Смородивов

Официальные оппоненты: доктор технических наук,, профессор

Б.М.Дегтярев, кандидат- технических наук, Е.В.Светинский.

Ведущая организация - ГОИ "Фувдаментпроект"

Защита- состоится " ? " шюуиа 1994 г* в^^часов на заседании специализированного, Совета. Д» 053ЛЛЙ: при- ШОТ. по адресу: г.. Москва,. Шлюзовав набережная*,, дом- 8„ в- атаиаклмю

С диссертацией ковдь ошакомитвсяг в- библиотеке университета..

Проси* Вас принять участие, в завда» и- направить отзыв т> адресу:; 12983?,,. б*.. Иосква,, Ярославское' шоссе,, д.. 26,. МТСУ, 3$ч8ннй совет;..

Автореферат. вавоояан?"^В *• ь^^ие. 1994 г. К

Учёный секретаре

опециализированнозэд. Совета!,.

кандидат технически»- наук,,

доцен» Б.Ф.Ширшиков

Актуальность работы. Предотвращение притока воды в строительные котлованы, уменьшение фильтрационных потерь воды из каналов и других водоёмов, охрана онружапцей среды от загрязнения сточными водами вызывает необходимость постоянного совершенствования технологии устройства противофильтрационных завес ( ПФЗ ).

; Анализ существующих технологий устройства завес показывает, что устройство ПФЗ в траншеях под глинистым раствором (способ "стена в грунте") является одним из наиболее эффективных и прогрессивных технических решений по защите подземных сооружений от грунтовых вод, для уменьшения фильтрации воды из каналов я водоёмов, а также защиты окружавдей природы от загрязнения. Устройство противофильтрационных завес с применением этого метода позволяет существенно сократить сроки строительства, материально-технические и трудовые затраты.

Расширение области применения ПФЗ -идет по пути, увеличения их глубины (20 метров и более), что требует дополнительных исследований, направленных на разработку рациональной технологии устройства глубоких ПФЗ и поиск эффективного, надёжного заполнителя траншей.

В качестве противофильтрационного материала для ПФЗ используются твердеющие и нетвердекщие заполнители траншей. Среди твердеющих наибольшее распространение получили материалы на основе цемента и бетонитовых глин, К числу недостатков таких материалов следует отнести большой удельный расход цемента (до 600 кг) и бетонита (до 200 кг) на I м9 заполнителя, что значительно повышает затраты на устройство ПФЗ.

В связи с вышесказанным становится актуальным вопрос, связанный с всемерной экономией строительных ресурсов, разработкой новых технологий устройства ПФЗ и улучшением свойств заполнителей траншей. Одним из путей экономии, является использование в качестве противофильтрационного материала смесей состоящих из местных полишнеральных глин и отходов промышленности.

' К противофильтрационным завесам не предъявляется жестких требований в отношении технических свойств- искусственного камня. Задача ПФЗ - снизить фильтрацию в основании сооружения. Поэтому можно заменять дорогостоящие материалы (цемент, бентонит) местными отходами промышленных производств. Доменные

гранулированные шлаки являются уникальным средством для экономии вянущих. Замена вяжущего отходами производства имеет прямой экономический смысл.

Учитывая, что заполнитель завесы должен быть надёжным, дешевым, не подвергаться коррозии, не деформироваться и быть долговечным, вопрос выбора, приготовления и укладки тверденцего заполнителя приобретает особую значимость. Данные по технологическим и фильтрационным показателя» твердевдего заполнителя 'из отходов производства позволят определить область их рационального применения в ПФЗ, в том числе и глубоких.

По технологии сооружения противофильтрационныэ завесы, из твердеющего материала, разделяются ва несколько основных типов, отличающихся способом секционирования. Недостаток всех методов сооружения ПФЗ является наличие большого числа вертикальных швов мезду соседними сваша, секциями (захватками), через которые идет фильтрация воды, что приводит к скигшию эксплуатационных качеств и долговечности ДЗЗ. Недостатком ива (стыка } является недостаточная плотность по прачане наличия глкшстой плёнки мезду старым и новый беговом, а такжз пз-за плохого качества бетона в местах соцрязевая трубы и утечки патентного молока, в результате чего образуются каверны. Для улучшения качества стыка прибегают к дополнительным шрам по омонолячиьа-шш шва цутш перебуривашш всухую а Еньскцированию твещевди-ш смесями.

Даль дзссешашюшой работа является разработка эффективной технологии устройства противофальтрациошшх завес с применением новых составов тверцэидах заполнителей траншей на основе отходов производства, реализующих эту технологию для формирования однородного тела с высокими цротивофильтрационныш свойствам.

В соответетвая с поставленной целью решаются следующие задачи:

- изучение процесса фальтрацин воды через различные мате-ршю, ярашнаеше для устройства ДФЗ ;

- исйгедовадаа технологии укладки твердеющего заполнителя ва основе отходов производства и глинистых паст ;

- исследование влияния типа грунтов, химических добавок, вздов отходов производств и их количественного соотношения на

технологические и фильтрационные показатели заполнптеля ;

- исследование влияния фильтрационных показателей на технологию устройства глубоких противофильтрационных завес.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработана эффективная технология укладки твердеющего заполнителя в траншею позволяющая формировать однородное тело завесы с высокими прочностными й противофюьтрационными свойствами

- исследована и установлена зависимость прочности и проницаемости заполнителей из отходов производства от их плотности, количества и вида химического реагента, вводимого в заполнитель, процентного соотношения глина-шлак, дисперсности и химической активности шлака и градиента напора, позволяющая определить рациональную область применения ПФЗ.

Практическое значение "работы заключается в том, что предложенные составы заполнителей и технология устройства ПФЗ с использованием твердеющих материалов позволяют расширить область применения завес, повысить их противофильтрационные свойства и решить вопрос проницаемости стыков, сократить трудоёмкость и себестоимость производства работ, и с использованием вторичных ресурсов решить вопрос утилизации отходов производства.

Внедрение результатов работы. Результаты исследований по разработке технологии для формирования однородного тела завесы с высокими противофильтрационными свойствами и по подбору новых составов твердеющих заполнителей ПФЗ использованы при разработке проекта "Устройство противофильтрационной завесы способом "стена в грунте" на объекте повторного использования воды в г. Виннице."

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на республиканской конференции молодых учёных и специалистов "Научно-технический прогресс в строительстве" (г. Ыосква 1989г.> ; на региональной научно-технической конференций "Совершенствование методов расчёта, проектирования и дантаяа строительных конструкций" (Свердловск 1989г.) ; на 53 (1991г.), 54 (1992г.), 55 (1993г.) научно-технических конференциях в Магнитогорском горно-металлургическом институте. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы (115 наименований), 16 приложений. Содержит М5 страниц основного текста, рисунков, Ч таблиц. К диссертации приложена справка о внедрении.

На задиту выносятся:

- технология укладки твердеющего заполнителя в траншею под глинистый раствор;

- установленная зависимость влияния соотношения компонвн-' тов твердеющего заполнителя, вида химических реагентов,вводимых в материал, на прочность материала завесы;

- методика проведения и результаты исследований проницаемости твердеющего заполнителя в зависимости от плотности, количества химических реагентов и градиента напора, действующего на завесу;

- результаты экспериментальных исследований технологии приготовления твердеющего заполнителя на основе глинистых паст и отходов производства.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе выполнен краткий анализ современного состояния технологии возведения противофильтрационных завес, укладки заполнителя в траншею и используемые при этом противофиль-трационные материалы.; дано технико-экономическое сравнение методов возведения противофильтрационных завес ;-анализируется технология приготовления цротивофильтрационного материала ; поставлены цель и задачи исследований.

Освоение подземного пространства неразрывно связано с защитой подземных сооружений от грунтовых вод, актуальны вопросы предотвращения потерь вода из каналов и водоёмов за счёт фильтрации. Одним из наиболее эффективных противофильтрационных мероприятий является устройство завес в траншеях лод глинистым раствором (способ "стена в грунте"). ...

Сущность способа "стена в грунте" состоит в устройстве в грунте выемок и траншей различной в плане конфигурации. В процессе работы землеройных механизмом устойчивость стен выемок и траншей достигают заполнением их глинистыми растворами (сус- • пензиями) с тиксотропныш свойствами. После устройства в грунта

выемок или траншей заданных размеров глинистый раствор в них в зависимости от назначения сооружения замещаш различного рода материалами, которые обеспечивают необходимую водонепроницаемость и прочность завесы. Этот способ в последние годы получил широкое распространение в практике промышленного, гражданского и гидротехнического строительства.

Анализ отечественной и зарубежной научно-технической литературы, изучение патентной информации, опыт строительства показывает, что дальнейшее развитие технологии устройства ПФЗ идёт по пути увеличения их глубины.

Особенностью заполнения траншей при устройстве завес способом "стена в грунте" является то, что противофильтрационный материал (заполнитель) приходится укладывать под глинистый раствор. .,

. Анализ существующих способов укладки заполнителя в траншею показывает, что"при устройстве ПФЗ-глубокого заложения укладка заполнителя восходящим потоком (ВЙ) позволяет повысить эффективность противофияьтрационных мероприятий. Этот способ по сравнению со способом вертикально перемещающейся трубы (ВОТ) обладает радом преимуществ: заполнение полости осуществляется непрерывно ; достигается однородность завесы ; растворы могут быть приготовлены на оборудовании, входящем в состав глинистых хозяйств. Но для того, чтобы добиться равномерного распределения заполнителя, необходимо также, чтобы последний имел свой-' ства тяжЭлой жидкости, т.е. он должен быть текучим материалом. Этот материал должен хорошо прокачиваться по трубам с помощью насосного оборудования й под давлением подаваться на дно траншеи, после чего восходящим потоком заполнять всю полость тран-; шеи, формируя однородное тело завесы.

При выборе материала заполнителя ПФЗ руководствуются её назначением, глубиной, применяемой технологической схемой производства работ, наличием строительных материалов, градиентом напора и другими факторами. Основными требованиями, при этом, предъявляемыми к материалам ПФЗ, являются:

- обеспечение необходимой водонепроницаемости;

- обеспечение необходимой механической прочности ;

- сохранение этих свойств материалом завесы продолжительное время.

При устройстве глубоких ПФЗ этим требованиям отвечают материалы заполнителя, в основу которых заложено использование цементов и бентонитовых глин, что сдерживает повсеместное применение такого заполнителя. '

Одним из путей повышения эффективности устройства ПФЗ яв- . ляется разработка технологии устройства завес в подбор составов заполнителя с разработкой технологии его приготовления, кото- ■ рые дат возможность реализовать эту технологию. Было выдвинуто предположение создания твердеющего материала заполнителя ПФЗ на основе местный полиминеральных глин и отходов производства, в котором один из компонентов этого материала должен создавать " структуру, обеспечивая механическую прочность. Второй из ком- \ понентов, обладая низкой проницаемостью, заполняя лоры и пустоты первого материала, должен обесп8чивать противофильтраци-онные свойства всей композиции. . г . •'..

Во второй главе приведен материал, касапдийся физико-химических основ получения твердеющих заполнителей ПФЗ и. фильтра- ■ ционных свойств этих материалов. ; . .

Утилизация отходов производства,: вовлечение их в поток материальных ресурсов является важной народнохозяйственной проблемой и решает насущные вопросы экологии. Потребление накопившихся отходов в различных отраслях народного хозяйства в настоящее время является одной из главных задач. Решение поставленной задачи повлияет на различные отрасли производства в техническом и экономическом отношении. .

Устройство ПФЗ в "связных грунтах является одним из участков строительства, где могут быть использованы многие отхода промышленных предприятий. К противофильтрационным завесам не предъявляется жестких требований в отношении технических свойств искусственного камня. Требования в основном направлены не на получение высокой механической прочности, так как ойа в боль-шенстве случаев не требуется, а на обеспечение её водонепроницаемости. Необходим малопроницаемый материал оптимальной прочности, обладающий необходимой,пластичностью и устрйчивостью против воздействия фильтрационного потока.. /

Использование твердевшего материала, состоящего из отходов производства, замешйощих цементные вяжущие, и местных глин заменявших бентонитовые, окажется безусловно более целесообразным

- э -о'4-

как о экономической, так и с экологической точки зрения.

После определения области возможного применения твердеющего заполнителя и выбора способа укладки заполнителя определены необходимые технологические и противофильтрационные требования предъявляемые к материалу.

Далее! определена технология получения материала заполнителя, которая может осуществляться как на месте строительства, так й индустриальным способом. При этом происходит коренное изменение свойств исходного грунта физикомеханических, физико-химических, дисперсности. Это изменение достигается путем связывания (оклеивания) мелко- или средне-дисперсных частиц грунтов в монолит с помощью органических и веограняческих вя-аущих веществ.

; Различает смеси грунтов с вяяущими, находящиеся в дисперсном состоянии, и материалы в виде монолитов определенной струк-туры.обладапдие необходимыми эксплуатационными свойствами такими как прочность, водонепроницаемость и долговечность.

Свойства любого материала заполнителя .определяются его составом н структурой. Принято различать три типа пространственных .. Структур композиционного материала: коагуляционные, конденсационные и кристаллизационные (классификация по П.А.Ребиндеру).

Поскольку, доиЛЙЗ необходим заполнитель о небольшой механической Прочностью и высокой водонепроницаемостью, необхо-• димо провести усложнение материала. В частности, в результате применения улучшенных и составленных вяжущих. Правомерно выде-леш!е структуры смешанного типа, например, кристализационно-као-гуляционной (на основе системы грунт-неорганическое вяжущее-члодифякатор повер(хнооти заполнителей). В материалах со струк-„турой смешанного типа кристаллические компоненты имеют упоря-. дочное строение, что предопределяет сравнительно невысокие физико-механические показатели таких систем в целом. „• , Получение определенной структуры противофильтрационного материала достигается совокупностью методов подготовки исходных компонентов» их процентного соотношения и укладки. Все эти методы относятся к технологическим аспектам -получения материала ; заполнителя и устройства ШЗ.

Изучение особенностей кристаллического строения исходных компонентов (глинистых минералов и неорганических вяжущих -

отходов производств) и процесса гидротации позволило разработать технологию приготовления противофильтрационного материала на их основе.

Управлять проницаемостью композиционных материалов можно, изменяя соотношение компонентов и твердой фазы, используя обработку химическими реагентами и увеличивая начальную влажносм грунта. Все это способствует более полному распаду агрегатов на мелкие частицы. При этом обеспечивается плотная укладка частиц в заполнителе и образуется такая структура, при которой заполнитель имеет минимальную водопроницаемость при данной плотности. ..;.■„■".:

В третьей главе содержатся результаты экспериментальных -исследований влияния технологии укладки твердеющего заполнителя в полость траншеи на прочность, однородность и проницаемост! противофильтрационной завесы.

Особенность устройства Д$3 из твердеющих материалов состоит в том, что перед укладкой заполнителя в траншею её разделяют на секции или проходят методом чередующиеся блоков. Это дает возможность герметично отделить зону проходки от зоны заполнения и таким образом исключить влияние вяжущих веществ на глинистый раствор в траншее» Попадание вяжущего в среду глинистого раствора вызывает его загустеваете,, после чего использование глинистого, раствора» как средства промывки и гидротранспорта выбуриваемого грунта становится невозможным.

При заполнении твердевдим материалом непрерывной траншеи (н© разделённой на секции), возникают затруднения связанные с перерывами в укладке заполнителя. В этом случае сложно обеспечить надёжный водонепроницаемый шов между "старым" (уложенным) в "новым" (укладываемым) материалом. V

По технологии сооружения ПФЗ, из твердевдего материала, можно разделить на три основных типа, отличающихся способом секционирования:

- завесы из взаимно пересекающихся в плане свай;

- завесы, устраиваемые в непрерывной траншее,, разделённой на секции с помощью инвентарных ограничителей £ ,

- завесы, выполняемые методом чередующихся блоков.

По этим технологиям укладка тредевдего заполнителя в

траншею под слоем глинистого раствора осуществляется прерывно.

Противофилътрационнне завесы при этом имепг много "стыковых ' швов", так как сцепления между смесью на стыках в условиях вытеснения глинистой суспензии не:происходит* что ухудшает про-тивофильтрацжшные свойства Стенки в целом. Кроме того, при подъеме ограничителя неизбежны затруднения, возникающие в ре' зультато е§ сцепления с камнем.

' Этих недостатков можно избежать, изменяв технологию укладки и используя при этом твердеицие смеси с удлинёнными сроками

■ схватывания» . ' -

' По предлагаемой технологии заполнение траншеи происходит также как и при устройстве завес в непрерывной.траншее, разделенной на секции с помощью инвентарных шаблонов, но готовыми к работ» являются две смежные.секции (захватки), которые заполняются поочерёдно без перерыва. Начало схватывания заполнителя подбирается таким образом, чтобы'оно не наступило ранее, чем после заполнения второй секции. В этом случае используется три

■ трубы-ограничителя. . .. . ,

.■'."■' ' Заполнение траншеи твзрдещей смесью производится следужь-; щим образом (рис. 1.А). Специальным съёмным ограничителем-трубой- I отгораживается небольшой по длине участок (обычно 3- .5 метров) и заполняется смесью- 2, которая подается по трубе- 3 под глинистую суспензию- 4. В этот же период с помощью второго ограничителя отделяется соседйий участок, к заполнению которого приступают после заполнения первого. Широкая возможность управления процессом схватывания цементных смесей всегда позволит поднять ограничитель, когда"схватывание на смежных ^ захватках ещё не наступило. В результате не схватившаяся смесь " на стыках" перемешивается и стенка становится монолитной, а ограничитель будет выниматься, без осложнений. Вынутый ограничитель отделяет, еледшцую секцию-, которая заполняется после предыдущей. Таким- образом последовательно заполняется вся тран-- иея.

В исследованиях в качестве аналога бнла использована известная технология с применением съёмных ограничителей без образования полости стыка. По этой технологии ограничителем - I отгораживается захватка а заполняется смесью- 2, подаваемой по трубе- 3 (рис. 1.Б). В этот же период с.помощью второго ограничителя отделяется соседняя захватка, к заполнению которой

А 2

Рис, I. Заполнение полости траншеи твердеющим заполнителем: А - по предлагаемой технологии; ■', Б,В - по известной технологии. •

.... Я .. . ... ..

приступают после обраэованиякамня- 5 и подъема ограничителя (ряс. 1.В). Таким образом заполняетсявся траншея.

Известная и црвдяагаемая технологий были опробованы на специальном лабораторномстенде, состоящем из металлического лотка o'pwpcтвдмa'j^.iíл^.Pлam<яoгo раствора, вытесняемо. го при укладке заполнителя ; трубы-ограничителя, дои разделения лотка на две одинаковые секция; инъекционное трубы для укладки заполнителя. 'Д :,УУ:*

Глинистый раствор (суспензия) приготавливался йз махарад-зевского бентонитаи имелследующие параметры: плотность й «■..,'.

1,07 г/см3; условную вязкость Т«* 27 е.; водоотдачу В=» 14,5см3 за 30 мин.; толщину глинистой корки 2 мм. . ,

Замвзщпций твврдепций материал (заполнитель) приготавливался по рецептуре НИИ оснований 'и подземных сооружений. Он состоял из портландцемента М300 (300 кг/м3) ; махарадзевского бетонита (175 кг/ы3); песка (600 кг/м3); вода С600 л) и имел

••параметра: шгатность-1,75 г/см3; подвижность по АзНШ- 16 см; прочность 5,5 МПа.

-•■■.'•В качестве выходдах параметров контролировалась ¡Точность, водопроницаемость, плотность и однородность полученных фрагментов ПйЗ и стыков меаду смежными секциями. \\

Измерение прочности и оценка однородности изготовленных •фрагментов:осуществлялась с помощью ультразвукового имцульсно-го метода. Прочность материала также *юнтрОлировалась разру- , ^пайщим способом при помощи пресса, путём выпиливания образцов .

из конструкции. Водопроницаемостьполученных фрагментов опре- -■ Vделялабь на лабораторном стенде по методике.испытания бетона. Оценка водопроницаемости производилась по коэффициенту фильт- : рации воды ( К^ ). ••...' V '''

; - чИсследования показали, - что на стыках двух секций, заполнен-У ных по известной технологии, образуются стыковые швы, на контактной поверхности, которых шеется' глинистая пленка (Толщиной 2 ым). При этом, при незначительных внешних усилиях происходит разделение секций (захваток) по контактному шву.

Результаты ультразвуковых испытаний показывают, что фраг-:'менты ПФЗ, заполненные' по предлагаемой технологии, имеют однородную структуру, стык мезду двумя смежными секциями отсутствует , а камень на стыке получается монолитным.

Анализ фильтрационных.испытаний погазывает, что проницав- : мость стенки и стыка у фрагментов заполненных по предлагаемой технологии в верхней частя незначительно отличаются друг от друга, а в нижней имеют одинаковые результаты.

Водопроницаемость стыка между секцшыи, заполненными по известной технологии, значительно превышает проницаемость самой секции (в 30 - 50 раз). '}?,, .

Прочность образцов камня из стыка и секций, отформованных по предлагаемой технологии, в верхней части фрагментов отличается друг от друга на 5 - 10%, а в нижней части имеет одинаковые результаты. 3í !' 'З'З- ■■ Для сравнения двух вариантов. технологии устройства ПФЗ V был построен почасовой график трудового процесса на;заполнение нескольких смежных захваток твердещим противофильтрационным материалом и календарный план производства работ на 100 метров противофальтрационной завесы. ;'--.^v С

' Сравнение почасовых графиков показывает, что продолжительность заполнения одной захватки по предлагаемой технологии в 5 раз меныпе, чем при применении известной. Это происходит из-за исключения аз'технологического процесса операции твердения (выдерживания) -заполнителя. При этом продолжительность устройства 100 метров ПФЗ. по предлагаемой технологии сокращается на 40£, а стошлость механизации работ уменьшается в два раза.

Почасовые графики трудовых процессов показывают, что при применении известной технологии необходимо стремиться к сокращению времени начала схватывания. При применении предлагаемой! технологии наоборот необходимо удлинять время начала схватыва-. пил. Так например,, при устройстве ПФЗ по предлагаемой технологий глубиной 20 метров и шириной 0,5"метров начало схватывания должно быть не менее 4,5,часов. ^ v _ - ; ,

Используемые сейчас твердеющие заполнители на основе цемента, такие как бетон, глино-цементные, цементно-песчаные' растворы, обычно имеют начало схватывания от 0,5 до 2 часов. Применение предлагаемой технологии с такими заполнителями при . глубине ПФЗ более 10 метров невозможно. Для удлинения времени начала схватывания:необходимо применять специальные добавки, что приводит к значительному, "увеличению затрат на устройство

ПФЗ. ■ ■ ■'•■"-'■';.:"". '".; ■ ■' -V".

. На . ведущем этапе разрабатывалась рецептура новых составов твердехвдихзаполнителей ПФЗ,на основе местных полиминераль-ннх глин и отходов цроизводства, с удлиненными сроками схватывания, реализующих предложенную технологию для формирования однородного тела завесы с высокими противофильтрационными свойствами.

: В четвёртой главе отражены конструктивные особенности оборудования, которое применялось для исследования свойств тверде-шцегб заполнителя, разработана методика проведения эксперимен-■ та, содержатся результаты экспериментальных исследований технологических я фильтрационных показателей, различных композиций твердеющих заполнителей ПФЗ. . •

Испытания на водопроницаемость заполнителей осуществляют в приборах ИВ конструкции Д.И.Знаменского, В.И.Хаустова, Н.В.Кй-ломенского и других. Однако, испытания на водопроницаемость в этих приборах затруднены из-за сложности обеспечения плотного.. /■ прикосновения обреар со стенками кольца прибора. При создании гидравлического напора на образец происходит интенсивная прис-, г тенная фильтрация вода. ;

. : . Поэтому исследования фильтрационных свойств твердеющего заполнителя проводились в специальном приборе, конструкция которого позволяла надёжно проводить фильтрационные испытания при. высоких значениях градиента напора.

В исследованиях по подбору составов твердеющего заполнителя решено было отказаться от применения цемента и бентонитовых глин. Цротивофильтрационный материал принятый для дальнейших исследований состоит из двух основных компонентов - местных по-лиминеральнах глин и шлакощелочного вязнущего.

Шлакощблочное вяжущее - гидравлическое вяаущее вещество состоящее из молотого доменного гранулированного шлака и щелочного компонента. В качестве щелочной добавки сейчас широко используют кальцинированную соду, силикат натрия, технический . натр и отходы производства, такие как содощелочной плав.

Шлакощелочяыэ вяяуще и материалы на их основе отличаются внсокой прочностью, низкой водопроницаемостью, высокой стойкостью в ряде агрессивных сред. Кроме того шлакощелочное вяжущее имеет низкую гидравлическую активность, г следовательног удлиненные сроки схватывания/

В исследованиях бшга использованы содосодержащие химические добавки - кальцинированная сода и содощелочной плав, так как они не только активизируют твевдвние шлака, но и оказывав» пептизирупдее действие на глины, т.е. являются диспергатором , , глинистых частиц. . _ :,',. V';./'/> ;/4' ■ '.. - '

В этой главе были изучены технологические и фильтрационные свойства твердеющего заполнителя: подвижность, плотность,, стабильность; механическая; прочность на,сжатие, коэффициент -фильтрации, сроки схватывания в зависимости от водотвердого отношения, типа годщы, из второй готовится противофильтрационшй , материал, вида и количества химических реагентов, вводимых.в заполнитель, процентного соотношения компонентов в материале, напора, действующего на завесу. ■

В связи с большим количеством факторов влияющих на свойства заполнителя и большой продолжительностью опытов, был при- ; меиён метод математического планирования эксперимента на ЭЩ по матрице четырехфакторного плана. В качестве выходных пара- . метров контролировались: механическая прочность на сжатие (У];); проницаемость заполнителя, характеризуемая коэффициентом фильтрации (У2). ''.'".''''. '■•/.: ''У.', •„.

• Уравнения регрессии имеют вид: . • ;

Ух ■ 16,95 + 7,74 х Хх - 2,15 х Хз - 7,6 х Х3 -

4,34 хХ^2:-4,2? х^2 + 1,51 х; Хз2 ^; :

- 1,24 X X]-4 - 3,81 х Х£ X Х3 ;

У2 т (7,21 + 11,84 х % - 407,99 х \ + 1571,61 х

X Х22 - 54,21 хХ1хХ2) хЮ~3.

Еце: Х^ - количество соды вводимой в заполнитель V 4...12$ от массы шлака ; ' , Х£ -г водотвердое отношение 0,35...0,45 ;

Хд - процентное соотношение компонентов (шлак-глина) 80 20...40 > 60. ' Исследования влияния химических реагентов на подвижность, прочность и проницаемость заполнителя показали, что наибольшее ; воздействие оказывают добавки кальцинированной соды и содощёлоч-ного плава в количестве 10 - 12% от массы твёрдой фазы заполнителя. Оптимальным содержанием добавки является 10$, она позво-

-17. -г

ляет увеличить подвижность заполнителя в два раза, а при приготовлении заполнителя с требуемой подвижностью (12-14 см по АзнЩ) повысить плотность на 20$. Результаты исследований показали,что исхода из технологических и фильтрационных показателей твердеющего заполнителя оптимальным водотвардым отношением является 0,4.

Для решения задач по исследованию влияния соотношения компонентов заполнителя на технологические и фильтрационные характеристики была рассмотрена система шлак-глина. Гипотеза состоит . в том, что рабочие функции в материале- разделены мевду составлявшими структуры. При этом возможны три варианта.

1. Материал с преимущественно шлаковой структурой'.

2. Материал с преимущественно глиняной структурой.

3. Проыояуточный тип материала. Шлак создает структуру, а

. глина служит дай повышения плотности, водонепроницаемости, удо-боукладываеваэсти и водоудерживапцей способности растворов. Материал твердеет но имеет пебалыпую механическую прочность и вы-сокуй водонэцрошщаешсть.

Исследовательскаячасэь работы заключалась в определении соотношения мэдду глиной а шшахсм для таховдения граничных зон третьего материала.

Анализ результатов экспериментов дает основание сделать вывод, что при использовании в качестве компонентов твердевдего заползите ля шлотого доменного шлака и глин, оптимальное соотно-пашш гаходится в пределах 65:35 * 55:45,что позволяет получить высокоэффекзпвшй протшзофаяьтрациОннкй материал с необходимой подаззностка (12-14 ш го конусу АзНИЗ), высокой прочностью (&>0= 8-ЭО Ша), вззюоа проницаемостью о х Ю^м/сут) .стабильности) кенее 2$ а началом схватывания более 10 часов.

При исследования технологии приготовления заполнителя рассматривалось влияние последовательности загрузки смесителя и времени перемешивания: заполнителя га его подвижность и однородность. Наибольшей подаазпосты) (из условий технологичности) обладают составы, приготовленные по слэдуадей технологической схеме: определенное количество глины затворяется расчетным количеством воды непосредственно в глиномешалке. В воде аатворения предварительно растворяется потребное количество химического ре агента. Во время перемешивания в глиномешалку засыпается необходимое количество пшака.

Время, достаточное дня качественного перемешивания составов заполнителя, доляно бнть, не менее 20 минут.

В пятой главе приведены результаты внедрения исследований.

Результаты исследований.ш разработке технологии для формя-рования однородного тела завесы с высокими противофильтрационны- ; ми свойствами и по подбору новых составов твердеющих заполните-• лей ПФЗ были использоганы при разработке проекта: "Устройство противофильтрационной завесы способом "стена в грунте" да.объекте повторного использования воды в г.Виншще". . Г . .. - : . ! Для данного объекта был предложен состав твердеющего заполнителя на основе глины и вшакощелочвого вяядгщего и схема устройства противофильтрационной завесы с заполнением полости траншеи : твердеющим материалом. '.."';'■-•/'-д • '■■,.•..'*■/" У'-'..

В лаборатории был проведён подбор составов твердевдего заполнителя из местных' материалов. Подобранный состав с требуемыми технологическими и фильтрационными характеристиками позволяет ему конкурировать с заполнителями на основе цемента и бентонитовых глин. Сравнение стоимости I м3 глиноцементногб состава • заполнителя со стоимостью глиношлакового, при равных свойствах, показывает, что стоимость второго на 30$ меныоэ.

• Предложения технология заполнения траншеи твердеющим материалом позволила сократить продолжительность работ на устройство пфз на 25*. - . ':;;"■•"/ ;/у■

осжошые вывода Я*/

I. Разработана технология укладки твердеющего заполнителя в траншею, позволяющая формировать однородное тело завесы с высокими прочностными' (R2g= 10-20 Ша) а противофильтрадиошшми ' (К^= 10 - 10~®м/сут) свойствами, У

Применение предлагаемой технологии, даёт возможность непрерывно сооружать' противофильтрационную завесу, улучшать её технологические свойства и обдвгчать подъем ограничителей при укладке заполнителя в траншею. ; , ,.. •'•'

• 2. Результаты исследований показывают,что фрагменты проти-вофильтрационных завес.выполненные по разработанной технологии, имеют однородную структуру,стык между смежными секциями отсутствует^ "камень" на стыке получается монолитным и по прочности

- га -

и проницаемости не отличается от характеристик секций.

3. Почасовой график трудового процесса и календарный план производства работ на устройство противофильтрационной завесы показывает, что применение предлагаемой технологии позволяет сократить продолжительность работ на

4. Разработана рецептура новых составов твердеющих заполнителей, с требуемыми технологическими параметрами (подвижность по АзНШ,. не менее 12-18 см ; плотность, не менее 1,55 г/см3 ; прочность г не менее 2 ЬШ проницаемость (К^) не более Ю-4 и/оут г начало схватывания,, не менее 8 часов),на основе отходов производства,реализующих разработанную технологию для формирования однородного- тела ПФЗ с высокими противофильтрационными свойствами.

5. При использовании, в качестве компонентов твердеющего заполнителя, молотого доменного пшака и глин,лх оптимальное соотношение находится в пределах 65:35 * 55:45, а оптимальным ко-личеЬтвом химической добавки (кальцинированной соды и содощелоч-ного плава) является 10% от массы твердой фазы заполнителя.

6. Технологические и фильтрационные показатели заполнителя,. такие, как подвижность, плотность,, прочность,, проницаемость и. начало схватывания, можно регулировать путём варьирования вида и количества химической добавки, а также изменением процентного соотношения компонентов.

Выявленная в результате экспериментальных исследований зависимость прочности и проницаемости глиношлакового заполнителя от. количества кальцинированной соды и содощелочного плава, вводимых в материал, водотвердого отношения и количественного содержания глины и шлака, позволяет путем технологических приемов приготовить твердеющий заполнитель ПФЗ с заранее определенными факторами.

7. Экспериментальными исследованиями установлено,что наиболее рациональной является следугацая технологическая схема приготовления твердеющего заполнителя:определенное количество глины, непосредственно в глиномешалке,затворяется расчётным количеством воды,.с предварительно растворенным в ней потребным количеством хяшческой добавки. Во врет перемешивания добавляется необходимое количество ишака.

Бремя,, достаточное для качественного перемешивания составов

заполнителя, должно быть не менее 20 минут.

8. На основании исследований определена рациональная область применения противофилырационных завес с твердеющим заполнителем из глиношлакового материала.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Андреев В.М., Ведяшев А.И., Парадяков 1.1.Б. Особенности устройства противофильтрационных глиногрунтовых завес,- М., 1987.- Рукопись представлена ШШ им. Г.И.Носова. Деп. в ШИШС, J5 .7762, 1987. вып 6.

2. Смородинов Н.И., Кацов К.П., Харин Л..А,, Пермяков М.Б. Исследования заполнителей цротивофильтрациошшх завес с исполь зованием твердевших и нетвердегацях композиционных материалов.-В кн.: Ресурсосберегающие технологии устройства оснований и фундаментов,- М,, 1991. с. 11-17.

3. Лергляков М.Б,, Ильин А.Н., Большаков Ю.В., Андреев В.М Технология приготовления твердеющих заполнителей тонких IK3 на основе отходов промышленности// Научно-технический прогресс в строительстве. Тезисы докладов научно-технической конференции молодых"учёных и специалистов.- Москва, 1989,- с 189.

4. Ильин А.Н., Большаков Ю.В., Харин Л.А., Пермяков ы.Б. Противофильтрационные свойства шлакоглиняных материалов// Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. - 1989.- й 9.

5. Большаков Ю.В., Пермяков М.Б., Ильин А.Н., Андреев В.Ы Твердеющие заполнители гонких противофильтрационных завес на основе отходов промышленности// Совершенствование методов расчёта, проектирования и монтажа строительных конструкций. Тезисы докладов научно-технической конференции.- Свердловск, 1989. - с 37.

6. Ильин А.Н., Большаков Ю.В., Пермяков 1.1.Б., Торшхоев 1.1. Исследование физико-механических свойств глино-шлакощелочных материалов,- М., 1989.- Рукопись представлена ШШ ям.Г.И.Носо ва. Деп. в БНИИНТПИ, № 9993, 1989. вып. 8.

Подписано к печати 20,04.94 Формат 60x84 1/16 Печать офсет И-77 Объем I уч.-изд. л. Тираж 100 Заказ/У/ Беспла

Московский государственный строительный университет. Типография МГСУ. 129337, Москва, Ярославское-ш., 26