ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

Мішурова Тетяна Віталіївна

УДК 624.138.4

ЗАКРІПЛЕННЯ ПІЩАНИХ ОСНОВ,

ЗАБРУДНЕНИХ ФОСФОРНОКИСЛИМИ ПРОМСТОКАМИ,

В УМОВАХ ДІЮЧОГО ВИРОБНИЦТВА

Спеціальність 05.23.02 – Підвалини та фундаменти

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ, 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківській державній академії міського господарства (ХДАМГ). Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник : кандидат технічних наук, доцент

Рудь Олександр Григорович,

Харківська державна академія міського господарства, завідувач кафедри механіки ґрунтів, підвалин та фундаментів.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Зоценко Микола Леонідович,

Полтавський державний технічний університет ім. Ю. Кондратюка, завідувач кафедри підвалин та фундаментів;

Рубан Олег Анатолійович,

докторант кафедри "Шлях і шляхове господарство" Дніпропетровського державного технічного університету залізничного транспорту.

Ведуча організація: Донбаська державна академія будівництва і архітектури, кафедра залізобетонних конструкцій, підвалин та фундаментів, Міністерство освіти і науки України, м. Макіївка.

Захист відбудеться "18" жовтня 2001 р. о 15 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.01 при Придніпровській державній академії будівництва та архітектури за адресою; 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці ПДАБіА: 49600, м.Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а.

Автореферат розісланий "17" вересня 2001 р.

Учений секретар спеціалізованої ради Баташева К.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У практиці експлуатації виробничих будівель хімічних підприємств вплив промстоків на експлуатовані системи "будівля-фундамент-основа" призводить до набрякання, наступних неприпустимих деформацій ґрунтових основ, переміщення фундаментів і руйнування будівельних конструкцій.

Сучасний підхід до вирішення технічних задач поліпшення будівельних властивостей ґрунтових основ вимагає обов'язкового врахування впливу екологічного стану навколишнього середовища. Це набуває особливого значення для урбанізованих територій у зв'язку зі збільшенням частки хімічної складової техногенезу у великих промислових центрах.

До відомих, найбільш ефективних і технологічно доступних способів відновлення техніко-екологічних властивостей ґрунтових основ, особливо в умовах існуючої забудови або діючих виробництв, відносяться ін'єкційні методи хімічного закріплення.

Таким чином, актуальність цієї роботи обумовлена необхідністю удосконалення методів відновлення будівельно-екологічних властивостей основ фундаментів у складних ґрунтових умовах на базі хімічного закріплення, економічною доцільністю застосування в хімічному закріпленні основ найбільш ефективних розчинів і розрахункових методик.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Робота виконана за координаційним планом Міністерства освіти і науки України, завдання 21 – "Створення нових технологій, методів організації і механізації будівельних процесів, що забезпечують ефективність будівництва і модернізацію будівель і споруд".

Мета і задачі дослідження - відновлення будівельних і екологічних властивостей піщаних основ, забруднених кислотними промисловими стоками, в умовах діючого виробництва. Удосконалення методів хімічного закріплення ґрунтів. Для досягнення поставленої мети вирішені такі задачі:

·

· визначені найбільш ефективні склади силікатно-калієво-фосфорнокислих розчинів, що дозволяють здійснити хімічне закріплення, в тому числі у складних ґрунтових умовах забруднення кислотними промстоками;

· встановлено фазовий склад і загальну схему хімічної реакції утворення силікатно-калієво-фосфорнокислих гелів по всьому діапазону;

· розроблено методики розрахунку параметрів хімічного закріплення ґрунтових основ з урахуванням впливу температури навколишнього середовища;

· досліджені в лабораторії фізико-механічні властивості закислочених і незакислочених ґрунтів, закріплених розчинами силікату калію, при тривалому збереженні у воді й розчинах ортофосфорної кислоти;

· відновлено будівельні й екологічні властивості закислочених ґрунтових основ в умовах діючого виробництва.

Об'єкт дослідження - основи фундаментів виробничих будинків.

Предмет дослідження – ґрунтові основи, забруднені кислотними промисловими стоками, що закріплюються силікатно-калієво-фосфорнокислими розчинами методом силікатизації.

Методи дослідження - стандартні експериментальні методи, прийняті в механіці ґрунтів, ґрунтознавстві й фізичній хімії, а також експериментально-теоретичні методи досліджень при закріпленні ґрунтових основ, методи спостережень за деформаціями будівельних конструкцій.

Наукова новизна одержаних результатів

·

· рекомендовані найбільш ефективні співвідношення компонентів силікатно-калієво-фосфорнокислих розчинів, що дозволяють здійснити хімічне закріплення, в тому числі у складних ґрунтових умовах забруднення кислотними промстоками;

· уперше встановлені фазовий склад і загальна схема реакції утворення силікатно-калієво-фосфорнокислих гелів по всьому діапазону;

·

·

Практичне значення одержаних результатів

1). Розроблено інструктивно-нормативні рекомендації з хімічного закріплення ґрунтів, активізованих кислотою.

2). Здійснено практичне впровадження отриманих результатів на Слов'янському ВО "ХІМПРОМ", у цеху термофосфорної кислоти, Новосодового заводу № 2, при відновленні будівельних властивостей і екологічно безпечного стану ґрунтів, забруднених промисловими стоками, що містять розчини ортофосфорної кислоти різних концентрацій. Економічний ефект від впровадження даної розробки склав 256,57 тис. гривень (у цінах 2000 р.).

Особистий внесок здобувача складається в:

·

· розробці методик і виконанні лабораторних досліджень;

· теоретичному аналізі отриманих результатів і встановленні найбільш ефективних закріплюючих складів;

· установленні загальної схеми реакції утворення силікатно-калієво-фосфорнокислих гелів;

· розробці розрахунково-теоретичних методик поліпшення будівельних властивостей ґрунтових основ, у тому числі забруднених кислотними розчинами промислових стоків, з урахуванням температури навколишнього середовища;

· організації і здійсненні виробничого впровадження виконаних розробок.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідалися на: всесоюзному семінарі "Индустриальные технические решения для реконструкции зданий и сооружений промышленных предприятий" (29-30 травня 1986). - Макіївка, 1986 р.; науково-технічних конференціях викладачів, аспірантів і співробітників ХДАМГ (ХІІКБ, ХІІМГ) - Харків, 1988, 1994, 1996, 1998, 2000 р.р.; конференції "Устройство и усиление фундаментов с улучшением строительных свойств оснований" (23-26 вересня 1991 р.). - Пенза, 1991; науково-практичної конференції "Ресурсосберегающие технологии и материалы в строительстве и строительной индустрии" (квітень 1992 р.). - Харків, 1992; III міжнародної науч.- техн. конференції “Проблемы и перспективы освоения подземного пространства крупных городов” (Сімферополь 25-27 травня 1998 р.). - Дніпропетровськ, 1998 р.; міжнародній науково-технічній конференції “Нові машини для виробництва будівельних матеріалів і конструкцій, сучасні будівельні технології”. 18-20 жовтня 2000 р., Полтава, ПДТУ ім. Ю.Кондратюка; 4-й Українській науково-технічній конференції “Механіка ґрунтів та фундаментобудування”.14-16 листопада 2000 р., Київ, НДІБК.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 23 друковані праці, у т. ч. у фахових наукових виданнях – 8.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел з 161 найменування на 18 сторінках, двох додатків на 14 сторінках; містить 85 сторінок машинописного тексту, 38 рисунків на 37 сторінках, 37 таблиць на 18 сторінках; загальний обсяг роботи - 173 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі сформульовано актуальність, мету, наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, показано особистий внесок здобувача, апробацію роботи, а також наведено короткий зміст дисертації.

У першому розділі подано результати аналітичного огляду робіт, присвячених існуючим рецептурам для хімічного закріплення ґрунтів, розглянуті фізичні й механічні властивості закріпляючих розчинів. Наведено відомі методи для вирішення задачі відновлення будівельних і екологічних властивостей ґрунтових основ, забруднених кислотними промстоками. дослідженню розрахункових методів хімічного закріплення ґрунтових основ присвячені роботи авторів: Б.А. Ржаніцина, В.Е. Соколовича, В.В. Аскалонова, Г.Б. Вайсфельд, В.А. Губкіна, С.Д. Воронкевича, В.І. Сергеєва, В.М. Кнатько, М.Л. Зоценко, М.Ф. Бронжаєва, Л.А. Евдокімової, П.А. Коновалова, В.В. Сьомкіна, Л.П. Шувалової. На основі виконаного аналізу визначено перспективні для практичного використання і подальших досліджень закріпляючі розчини на основі силікату калію. Сформульовано мету і задачі досліджень.

У другому розділі викладено дані про матеріали, обладнання і методики використаних автором при лабораторних, польових дослідженнях і виробничому впровадженні результатів наукової розробки.

У третьому розділі наведені результати заглиблених експериментальних досліджень фізичних, механічних і фізико-хімічних властивостей силікатно-калієво-фосфорнокислих гелів у порівнянні із силікатно-натрієво-фосфорнокислими. Властивості гелів вивчені по всьому діапазону їхнього утворення залежно від об'ємних співвідношень вихідних компонентів - К/С (обсягу фосфорної кислоти до силікату). Щільність вихідних розчинів силікатів калію і натрію змінювалася в межах 1,09-1,38 г/см3 , а ортофосфорної кислоти - 1,025 г/см3.

За величину екологічно безпечних меж прийнята величина водневого показника рН синерезисної рідини в інтервалі 6,1-8,5, оскільки це відповідає стану підземних вод, використовуваних з питною метою.

На рис. 1 а-в показані залежності основних параметрів силікатно-калієво-фосфорнокислих гелів від об'ємних співвідношень вихідних компонентів для розчинів силікатів калію і натрію щільністю 1,09 г/см3; на рис. 1 г – залежності часу гелеутворення від водневого показника рН. Суцільною лінією показані залежності для силікатно-калієво-фосфорнокислих гелів, а пунктирною лінією – для силікатно-натрієво-фосфорнокислих. Цифрами 1-4 позначені залежності для гелів отриманих при вихідних щільностях силікатів калію 1,09; 1,19; 1,27 та 1,38 г/см3, відповідно.

Силікатно-калієві гелі великою мірою забезпечують стабільність одержання проектних параметрів часу гелеутворення (1а), тому що за величиною інтервалу часу гелеутворення, що володіє "буферними" властивостями, вони перевершують силікатно-натрієві гелі на 25-30 % і складають 1-80 хв.

За міцністю при стиску кислі гелі, отримані на основі силікату калію, перевершують силікатно-натрієві в 1,39-1,42 рази (1б), а величина їхнього синерезису (1в) менше на 25-37 %. Діапазон екологічно чистих складів силікатно-калієво-фосфорнокислих гелів збільшується при скороченні значень щільностей силікату (1г). При меншому ступені стиску "калієві" гелі мають велику величину щільності, що в сполученні з їх більшою міцністю дає підставу припустити внутрішню структуру і фазовий склад, що відрізняються від "натрієвих" гелів.

Для встановлення причин, що забезпечують підвищену міцність силікатно-калієво-фосфорнокислих гелів, вивчено їх фазовий склад по всьому діапазону утворення. Дослідження проводили методом РФА

а) б)

в) г)

Рис. 1. залежності: а - часу початку гелеутворення, б - межі міцності при стиску і в - синерезису гелів – від об'ємних співвідношень вихідних компонентів; г - часу гелеутворення від водневого показника.

(рентгенофазовий аналіз), у комплексі з методом ІКС (інфрачервоної спектроскопії), що дозволило встановити загальну схему гелеутворення. Підтверджено висновок про те, що сольова присутність у гелях кількісно зв'язана з величиною їхньої механічної міцності при стиску. Схема утворення силікатно-калієво-фосфорнокислих гелів представлена рівнянням

aЧК2ОЧbЧSi2O5 + cЧH2O + dЧH3PO4 ® eЧK2OЧfЧSi2O5ЧgЧH2O +

+ hЧK2OЧkЧSiO2ЧjЧH2O + mЧSiO2ЧnЧH2O + p(rЧK2OЧP5O5ЧtЧH2O) + (1)

+ s(lЧK2OЧPO4ЧiЧH2O) + n(yЧK2OЧPO3ЧzЧH2O).

Надійність одержання проектних значень параметрів хімічного закріплення ґрунтів (стабільність), включаючи закислочені, залежить від величини інтервалу об'ємних співвідношень вихідних компонентів (К/С), у межах якого гелі володіють "буферними" властивостями. Для збільшення стабільності "натрієвої" рецептури щільність використовуваного розчину силікату треба підвищувати, для "калієвої" ж рецептури стабільність одержання проектних параметрів зростає зі зниженням щільності силікату. На рис 2а наведені графіки зміни величин "стабільних" інтервалів для силікатно-калієвих (суцільна лінія) і силікатно-натрієвих (пунктирна лінія) гелів від щільності розчинів силікатів, апроксимовані лінійними рівняннями

№ 1 - К/С = 5,4278-3,9294Чrс (2)

№ 2 - К/С = -11,554+10,782Чrс. (3)

Попарне розв'язання рівнянь (2) і (3) приводить до встановлення значення щільності силікатів, при якій обидва види рецептур мають рівну величину "буферного" інтервалу DК/С, що складає - 1,16 г/см3.

Таким чином, силікатно-калієво-фосфорнокисла рецептура має більш широкі границі "буферних" площадок DК/С, у порівнянні із силікатно-натрієво-фосфорнокислою при зниженні щільності вихідних розчинів силікату калію, починаючи з 1,16 г/см3. Рекомендовані "калієві" закріпляючі склади в інтервалі К/С = 1,09 - 1,16 г/см3.

Дослідження властивостей силікатно-калієво-фосфорнокислих гелів дозволили встановити роздільно склади, що забезпечують найбільші міцність, щільність, екологічність і стабільність одержання проектних параметрів закріплення. Їхні інтервали для розчинів силікату калію щільністю 1,09 г/см3 показані на рис. 2в. Найбільший ефект поліпшення будівельних і екологічних властивостей ґрунтів, включаючи закислочені, можливий при одночасному виконанні всіх чотирьох згаданих властивостей силікатних гелів. Рекомендовані силікатно-калієво-фосфорнокислі склади, що забезпечують найбільшу ефективність, показані в табл. 1.

а) б)

в)

Рис. 2. Залежності: а - "стабільних" інтервалів часу початку гелеутворення від щільності розчину силікату калію, б - часу гелеутворення від температури навколишнього середовища; в - діаграма ефективності силікатно-калієво-фосфорнокислих закріпляючих складів.

Таблиця 1

Рекомендовані силікатно-калієво-фосфорнокислі склади

Щільність розчину силікату калію, rс, г/см3 Об'ємні співвідношення вихідних компонентів, К/С

1,09 0,9 - 2,20

1,16 2,2 - 3,40

Вивчення впливу температури на основні параметри утворення силікатно-калієвих гелів показало, що з її зниженням час початку гелеутворення збільшується за гіперболічним законом (рис. 2 б). Цифрами 1-4 позначені залежності для гелів отриманих при вихідних щільностях силікатів калію 1,09; 1,19; 1,27 і 1,38 г/см3, відповідно. При зміні температури на 5°С різниця часу гелеутворення складає від 20 до 200 % і більше.

На підставі отриманих даних одержані залежності вигляду К/С=¦(Т°), що дозволяють розрахувати склад закріпляючого розчину:

, (4)

де: Т° - значення температури утворення гелю, град. С; a, b – чисельні коефіцієнти.

Четвертий розділ присвячений розробці теоретичних критеріїв і методик для розрахунку параметрів закріплення піщаних ґрунтів, у тому числі закислочених, з урахуванням впливу температури навколишнього середовища. Показано практичні приклади їхнього використання. Виконано порівняльні дослідження параметрів закріплення закислочених ґрунтів в ефективних межах щільностей розчинів силікатів калію і натрію.

При призначенні проектних параметрів часу гелеутворення слід розрізняти:

мінімальний час початку гелеутворення - , що чисельно дорівнює величині tТЕХ - сумі відрізків часу, необхідних для здійснення окремих технологічних операцій при виконанні повного циклу робіт по одній ін'єкційованій свердловині:

, (5)

де ti - час виконання кожної окремої i-тій технологічної операції при визначеній температурі навколишнього середовища;

розрахунковий час початку гелеутворення - - проектована величина часу утворення силікатних гелів:

, (6)

де - збільшення розрахункового часу початку гелеутворення

; (7)

допустимий час початку гелеутворення - максимальний інтервал часу, що забезпечує стабільні значення проектних параметрів закріплення.

Таким чином, при проектуванні хімічного закріплення ґрунтів, що як володіють, так і не володіють підвищеною активністю, є обов'язковим виконання нерівності

. (8)

Дослідження впливу температури навколишнього середовища дозволили встановити значення "коефіцієнта зміни часу гелеутворення" -y, за допомогою якого можна встановити фактичну величину параметра часу гелеутворення при будь-якому значенні температури:

, (9)

де - час початку гелеутворення при 20°С; - фактичний час початку гелеутворення при даній i-тій температурі.

Коректування величини припустимого часу гелеутворення з урахуванням зміни температури навколишнього середовища виконаємо за формулою

, (10)

де - допустимий час початку гелеутворення при 20°С; - усереднене розрахункове значення коефіцієнта зміни часу гелеутворення в межах виконання одного технологічного циклу, що визначається за формулою

, (11)

де yD- коефіцієнт зміни часу початку гелеутворення, що встановлюється для інтервалу часу 2Ч і відповідному значенні температури навколишнього середовища DТ°.

Розрахунок складів для ін'єктування здійснювали на підставі таких вихідних даних: щільності розчину силікату калію rс, г/см3; приведеного розрахункового часу початку гелеутворення ( )ў, хв.; усередненого значення температури навколишнього середовища , град. С.

Усереднене значення температури навколишнього середовища (), що розраховується в межах виконання одного технологічного циклу (відповідного величині ) знаходимо за формулою

, (12)

де - температура, при якій виконується кожна окрема i-та технологічна операція; - температура силікагелю протягом збільшення розрахункового часу гелеутворення - .

Для визначення необхідних складів силікатно-калієвої рецептури на основі лабораторних даних (для t° = 20°С), необхідна величина приведеного розрахункового часу початку гелеутворення - ( )'.

Приведений розрахунковий час гелеутворення визначаємо як

, (13)

де - усереднене розрахункове значення коефіцієнта зміни часу гелеутворення для , отримане остаточно після застосування методу послідовних наближень, за формулою:

. (14)

До числа розрахункових параметрів для стабілізації закислочених піщаних ґрунтів входять: величини концентрацій кислоти порових розчинів на граничних ділянках (Сk)i і (Сk)i+1; розрахунковий інтервал часу початку гелеутворення (Dtг); об'ємні співвідношення вихідних компонентів (К/С)для кожної окремої ділянки; необхідний об'єм розчину силікату на 1 м3 закріплюваного ґрунту (Vc)j; коефіцієнт заповнення об'єму (kг).

Дослідження часу гелеутворення закріпляючих силікатно-калієвих складів в умовах мінливості концентрацій ортофосфорної кислоти в інтервалі вихідних щільностей розчинів силікату, що забезпечують найбільшу ефективність "калієвої" рецептури - 1,09 і 1,16 г/см3, дозволили одержати експериментальні залежності, апроксимовані експоненціальними функціями вигляду

К/С = exp (d - kЧСк); (15)

Врахування впливу температури дозволив одержати багатофункціональні залежності вигляду К/С= , представлені рівнянням

К/С = p - l·cк + q· , (16)

де p, l, q – чисельні коефіцієнти.

Величина нижньої границі розрахункового інтервалу часу гелеутворення залежить від мінімального часу початку гелеутворення (з урахуванням фактичної температури утворення гелю). Величину приймаємо рівною значенню мінімального технологічного часу tтех. Таким чином, необхідна розрахункова функція визначається за залежностями (16), з коефіцієнтами p, l, q, визначеними для часу початку гелеутворення, рівного tтех.

Виходячи з формули (6), а також того, що емпіричні залежності (16) отримані для нормальних умов, необхідно виконати коректування з урахуванням фактичної температури навколишнього середовища. Тоді

. (17)

Значення верхньої границі інтервалу гелеутворення дорівнює величині допустимого часу початку гелеутворення - .

Обрану залежність з (16), використану як верхню обмежуючу функцію, подамо у вигляді зворотної функції

. (18)

Тоді розрахункова величина (Vс)j з урахуванням отриманої залежності (18), набуває вигляду

, (19)

де ј - номер ділянки, що закріплюється за індивідуально розрахованими параметрами, mk - маса ортофосфорної кислоти в 1 см3 ґрунту, у грамах, визначена титруванням; mw - маса води в 1 см3 закислоченого ґрунту, у грамах, визначена ваговим методом.

У п'ятому розділі наведено дані про порівняльні лабораторні дослідження закріплюваності розчинами силікатів калію і натрію піщаних ґрунтів, що як володіють, так і не володіють хімічною активністю. Досліджено стійкість закріплення ґрунтів в умовах тривалого впливу агресивних розчинів. Наведено результати польових досліджень і виробничих робіт із стабілізації хімічно набухаючих ґрунтів основи фундаментів цеху ТФК розчинами силікату калію.

Досліджено дрібні, маловологі піски, початковий фізичний стан яких формувався штучно в лабораторії. Перевірені на закріплюваність три групи зразків: перша і друга групи - піски не володіють хімічною активністю; третя група - ті самі піски, але замочені попередньо 10,32 % розчином ортофосфорної кислоти. Ґрунти другої дослідної групи закріплювали розчинами силікату натрію, а першої і третьої - силікату калію. Основні розрахункові параметри закріпляючих складів обох видів рецептур для досвідчених груп (I і II) такі: час початку гелеутворення (tг); об'ємні співвідношення вихідних компонентів (К/С); щільності розчинів силікатів і кислоти (rс, rк); температури утворення гелів (Т°) були однакові.

Міцнісні і деформаційні характеристики зразків закріпленого ґрунту визначені на стандартних компресійних приладах КП-1М і приладах одноплощинного зрізу марки ПСГ-2М. Середні значення фізико-механічних і екологічних характеристик закріплених ґрунтових зразків наведені в табл. 2.

Вивчення довговічності закріплених зразків тривалий час в агресивних середовищах показало, що закріплення силікатно-калієво-фосфорнокислими розчинами як неактивних, так і закислочених піщаних ґрунтів є стійким при їхньому збереженні у воді і 5-20 %-них розчинах ортофосфорної кислоти. Стійкість закріплення початково закислочених зразків у порівнянні з нейтральними нижче в середньому на 4-12 %. Найбільш сильне зниження міцності закріплення спостерігалося у водопровідній воді, яка має слабко-лужну реакцію (рн = 8,2-8,4), що склало порівняно з вихідними величинами 44-48 %. У розчинах кислоти зниження міцності при стиску становило в середньому 38-50 %.

Таблиця 2

Середнє значення властивостей закріплених ґрунтових зразків

№ дослідної групи зразків Вихідна щільність розчину силікату, rс, г/см3 Межа міцності при одноосьовому стиску, Rсж., МПа Кут внутрішнього тертя, j, град. Питоме зчеплення, С, КПа Модуль деформації, Е, МПа рН водяної витяжки

I 1,09 0,59 35 3,21 70 7,8

1,16 0,81 38 4,47 90

II 1,09 0,46 33 2,80 80 7,6

1,16 0,51 35 3,17 -

III 1,09 0,54 36 3,85 80 6,5

1,16 0,58 - 3,96 -

Виробниче відновлення будівельних і екологічних властивостей закислоченої основи фундаментів цеху термофосфорної кислоти Слов'янського ВО "Хімпром", дозволило зупинити або різко скоротити інтенсивність хімічного набрякання ґрунтів; припинити процес руйнування хімічно стійких підлог цеху і будівельних конструкцій; поліпшити екологічний стан навколишнього ґрунтового середовища; виконати захисний протифільтраційний екран у рівні зворотної засипки фундаментів. Результати багаторічних геодезичних спостережень за деформаціями фундаментів (№№ 5, 42, 44, 46, 50, 52, 73) показані на рис. 3.

Загальна площа закріпленої території - 1638 м2, у тому числі методом промивання - 180 м2; за допомогою однорозчинної, однокомпонентної, просочувальної технології - 1008 м2; однорозчинної, однокомпонентної, комбінованим методом спрямованого розриву на площі 450 м2. Потужність закріпленого ґрунту склала в середньому 2,55м. Загальний обсяг закріпленого ґрунту з урахуванням фундаментів колон і технологічного устаткування склав 4176 ґ 0,65 = 2715 м3.

Рис. 3. Деформації фундаментів цеху ТФК за період 1980-1996 р.р.

Економічний ефект, отриманий від впровадження розробки становить 223,3 тис. карбованців (у цінах 1984 р.), або 256,57 тис. гривень (у цінах 2000 р.). Поліпшено екологічний стан грунтово-водного середовища території цеху ТФК, що прилягає до басейну ріки Казенный Торець.

Розроблений спосіб силікатизації рекомендований виробничою комісією ВО "Хімпром" для широкого впровадження на заводах хімічної промисловості.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі поставлені і вирішені задачі удосконалювання методів хімічного закріплення в складних ґрунтових умовах, відновлення будівельних і екологічних властивостей ґрунтових основ, забруднених промисловими стоками. Виконані дослідження дозволили зробити такі висновки:

1. Порівняльні дослідження фізико-механічних і фізико-хімічних властивостей показали переваги силікатно-калієво-фосфорнокислих складів перед силікатно-натрієво-фосфорнокислими в інтервалі щільностей розчинів 1,09-1,16 г/см3 при хімічному закріпленні як неактивних, так і закислочених ґрунтів.

2. Встановлені найбільш ефективні склади силікатно-калієвих гелів, що відповідають критеріям стабільності одержання проектних параметрів, міцності, водонепроникності і рівня екологічної чистоти.

3. Вперше широко досліджений фазовий склад силікатно-калієво-фосфорнокислих гелів і його вплив на властивості закріпленого ґрунту, розроблена узагальнена схема хімічної реакції гелеутворення.

4. Визначено розрахункові залежності, що дозволяють враховувати вплив температури утворення гелю на основні параметри силікатно-калієвих закріпляючих розчинів.

5. Розроблено розрахункові методики оптимізації параметрів закріплення хімічно неактивних і закислочених ґрунтів.

6. Перевірка закріплюваності хімічно неактивних і закислочених піщаних ґрунтів відповідно до розроблених складів і розрахункових методик показала, що після закріплення величина кута внутрішнього тертя зросла в 1,22-1,33 рази, питомого зчеплення - 5,63-5,80 рази, модуль деформації - 3,1-3,3 рази, підвищено рівень екологічної чистоти грунтово-водного середовища.

7. Порівняльні дослідження закріплюваності зразків піщаного ґрунту розчинами силікату калію і силікату натрію в інтервалі щільностей 1,09-1,16 г/см3, показали перевагу силікатно-калієво-фосфорнокислої рецептури за всіма основними міцнісними параметрами:

·

· величині кута внутрішнього тертя в 1,06-1,09 рази;

· питомому зчепленню в 1,78-2,06 рази;

· модулю деформації в 1,17 рази.

8. Установлено, що закріплення силікатно-калієвою рецептурою як неактивних, так і закислочених піщаних ґрунтів є стійким протягом тривалого часу їхнього збереження у воді і 5-20 %-них розчинах фосфорної кислоти.

9. Виробниче впровадження виконаних досліджень при стабілізації хімічно набухаючої закислоченої основи фундаментів цеху ТФК дозволило:

·

·

· локалізувати і нейтралізувати кислоту, що міститься в ґрунтовому масиві, зв'язати в єдиному закріпленому масиві продукти реакції гелеутворення і тим самим поліпшити екологічний стан грунтово-водного середовища;

· одержати економічний ефект, що складає 223,3 тис. карбованців (у цінах 1984 р.), або 256,57 тис. гривень (у цінах 2000 р.).

Основні положення дисертації опубліковані в 23 наукових роботах, найбільш суттєвими являються наступні:

1. Мишурова Т.В. Производственное закрепление растворами силиката калия грунтов, загрязнённых промышленными стоками // Проблемы и перспективы освоения подземного пространства крупных городов. III Международная науч.-техн. конференция (Симферополь 25-27 мая 1998 г.). – Днепропетровск.: РИК НГАУ, 1998. - С. 253-256.

2. Мишурова Т.В. Свойства силикатно-фосфорнокислых гелей на основе силикатов калия и натрия // Коммунальное хозяйство городов: науч.-техн. сборник. Вып.14. - К.: Технiка, 1998. - С. 61-64.

3. Мишурова Т.В. Исследование химического состава силикатно-калиево-фосфорнокислых гелей // Коммунальное хозяйство городов: науч.-техн. сборник. Вып. 13. - К.: Технiка, 1998. - С. 60-64.

4. Мишурова Т.В. Силикатно-калиево-фосфорнокислая рецептура для химического закрепления грунтов // Проблеми реконструкції і експлуатації промислових та цивільних об'єктів. – Дніпропетровськ: ПДАБА, 1999. – С. 276-279.

5. Бронжаев М.Ф. Мишурова Т.В., Физико-механические свойства силикатно-фосфорнокислых гелей при закреплении оснований коммунальных предприятий // Коммунальное хозяйство городов: науч.-техн. сборник. Вып.3.– К.: Техніка.- 1994 - С. 59-64. (Исследованы свойства силикатно-натриево-фосфорнокислых гелей с исходной плотностью растворов силиката натрия 1,10 и 1,15г/см3).

6. Мишурова Т.В., Бронжаев М.Ф. Производственное восстановление строительно-экологических свойств закислоченного грунта основания цеха тфк в г. Славянске // Міжнародна науково-технічна конференція “Нові машини для виробництва будівельних матеріалів і конструкцій, сучасні будівельні технології”. 18-20 жовтня 2000 р., м. Полтава, ПДТУ ім. Ю.Кондратюка. – С. 218-223. (Разработана технология производства работ, установлены оптимальные составы для инъецирования).

7. Бронжаев М.Ф. Мишурова Т.В. Критерии надежности химического закрепления грунтов, обладающих химической активностью // 4-та Українська науково-практична конференція “Механіка ґрунтів та фундаментобудування”.14-16 листопада 2000 р., Київ, НД-39. ІБК.- С. 33. (Разработаны условия наибольшей надёжности получения проектных параметров закрепления грунтов).

8. Мишурова Т.В. Оптимизация основных расчётных параметров при улучшении свойств грунтовой среды химическим способом // Сб. науч. трудов НГАУ. – 2000. – Т. 2, № 9. – С. 152-166.

9. Избаш Ю.В., Мишурова Т.В., Бронжаев М.Ф. Ликвидация последствий аварийного замачивания кислотой основания цеха ПО "ХИМПРОМ" в г. Славянске //Основания, фундаменты и механика грунтов.- 1989.-№ 3.-С.11-12 (Разработана силикатно-калиево-фосфорнокислая рецептура для химического закрепления закислоченных грунтов. Руководство авторским надзором.

10. Бронжаев М.Ф. Мишурова Т.В. Эффективные экологически чистые составы силикатно-фосфорнокислой рецептуры для химического закрепления грунтов // Эксплуатация и ремонт зданий и сооружений городского хозяйства: Сб. науч. трудов ХГАГХ. - К.: ИСДО, 1994. - С. 113-115. (Исследованы экологические свойства гелей для плотности силиката 1,10 г/см3 и 10,32% раствора кислоты).

Аннотация

мишурова Т.В. Закрепление песчаных оснований, загрязнённых фосфорнокислыми промстоками, в условиях действующего производства. – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.02 - Основания и фундаменты. - Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры. Днепропетровск, 2001.

Работа посвящена развитию методов восстановления строительных и экологических свойств грунтовых оснований, загрязненных кислотными промышленными стоками. Стабилизация набухающих оснований осуществляется на базе инъекционных методов химического закрепления грунтов с использованием наиболее эффективных составов силикатно-калиево-фосфорнокислой рецептуры. Разработанные расчётные методики позволили существенно повысить качество закрепления в условиях действующего производства песчаных оснований, в том числе закислоченных.

Исследования физико-механических, физико-химических свойств и фазового состава силикатно-калиево-фосфорнокислых гелей по всему диапазону их образования позволили определить гели, обладающие высокими показателями стабильности, прочности при сжатии, уровня экологической чистоты и наименьшим объёмным сжатием. Для химического закрепления песчаных грунтов, в том числе закислоченных, рекомендованы наиболее эффективные составы, удовлетворяющие всем четырём упомянутым выше показателям одновременно.

Разработанные теоретические критерии оптимизации основных расчетных параметров закрепления с учетом температуры образования гелей, технологических требований при инъецировании и надежности образования силикагелей, легли в основу предложенных методик расчета эффективных силикатно-калиево-фосфорнокислых составов для обеспечения качественного закрепления грунтов, в том числе закислоченных. практический пример расчета существенно облегчает процесс проектирования.

Для сравнительных лабораторных исследований закрепляемости грунтов силикатно-калиево-фосфорнокислой и силикатно-натриево-фосфорнокислой рецептурами использованы мелкие, маловлажные пески. Опытные образцы грунтов, не обладающих химической активностью, закреплялись однорастворным, двухкомпонентным способом силикатно-калиево и силикатно-натриево-фосфорнокислыми рецептурами на приборе ПЛЗ-1М. Для закрепления закислоченных образцов применена однорастворная, однокомпонентная технология с использованием моно-раствора силиката калия. Прочностные, деформационные и фильтрационные характеристики закрепленных образцов грунта определены на приборах марок ПСГ-2М, КП-1М, конструкции Литвинова и Маслова, типа ПФ-1М, механическом прессе F-20 и др. Концентрацию водородных ионов (рН) определяли иономером И-130.

Исследование устойчивости грунтов, закрепленных силикатно-калиевыми растворами при длительном хранении в различных агрессивных средах подтвердило возможность долговременного положительного эффекта химического закрепления закислоченных грунтов.

При производственной стабилизации закислоченного песчаного основания использованы три различных метода, заключающиеся в предварительной нейтрализации закислоченного грунта кратковременной промывкой локальной зоны основания водой с последующим инъецированием методом однорастворной силикатизации силикатно-калиево-фосфорнокислой рецептурой. Второй способ основан на однорастворной, однокомпонентной силикатизации, третий способ – комбинированный, направленного разрыва.

Контроль качества работ по закрепленной промышленной площадке выполнен в условиях действующего цеха с сохранением антикоррозийной защиты полов методом динамического зондирования. Многолетние геодезические наблюдения за состоянием строительных конструкций показали, что в процессе выполнения работ по стабилизации набухающего основания цеха интенсивность нарастания вертикальных деформаций фундаментов резко сократилась, а к сроку окончания работ в основном прекратилась.

Ключевые слова: закрепление оснований фундаментов; стабилизация набухающих грунтов; химическое закрепление грунтов; силикатизация; силикатно-калиево-фосфорнокислая рецептура.

АНОТАЦІЯ

мішурова Т.В. Закріплення піщаних основ, забруднених фосфорнокислими промстоками, в умовах діючого виробництва. – рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.02 – Підвалини та фундаменти. - Придніпровська державна академія будівництва та архітектури. Дніпропетровськ, 2001.

Робота присвячена розвитку методів відновлення будівельних і екологічних властивостей ґрунтових основ, забруднених кислотними промисловими стоками. Стабілізація набухаючих основ здійснюється на базі ін'єкційних методів, силікатно-калієво-фосфорнокислою рецептурою за розробленими розрахунковими методиками.

Рекомендовані ефективні склади, що задовольняють одночасно вимогам стабільності, міцності, екологічній чистоті і найменшому об'ємному стискові.

Розроблені теоретичні критерії оптимізації розрахункових параметрів закріплення лягли в основу запропонованих методик розрахунку ефективних силікатно-калієво-фосфорнокислих складів для закріплення.

Лабораторні дослідження закріплюваності та стійкості при тривалому зберіганні в агресивних середовищах, а також результати виробничих робіт із стабілізації закислоченої основи цеху ТФК підтвердили довгостроковий ефект поліпшення будівельних і екологічних властивостей закислочених піщаних ґрунтів.

Ключові слова: закріплення основ фундаментів; стабілізація набухаючих ґрунтів; хімічне закріплення ґрунтів; силікатизація; силікатно-калієво-фосфорнокисла рецептура.

The summary

Мishurova Т.V. Fastening of the sandy bases polluted by phosphorusacid industrial run – off under the conditions of working production. - Manuscript.

The dissertation for obtaining scientific degree of Candidate of Science (Engineering) on the speciality 05.23.02 – Fundamentals and Basis. Pridneprovsky State Academy, of building and architecture. Dnepropetrovsk, 2001.

The dissertation is devoted to the development of the reduction methods for structural and ecological properties of the earth bases polluted with an acid industrial run off. The stabilization of the swelling bases is carried out on the basis of injection methods, by silicate potassium phosphorus acid on the basis of the developed calculation techniques.

The most effective compositions satisfying simultaneously the requirements of stability, hardness, level of ecological cleanliness and the minimum volume compression have been recommended.

The developed theoretical criteria for calculation parameters of fastening optimization as a basis of the offered techniques of the calculation of effective silicate potassium phosphorus acid compositions for fastening.

Laboratory research on fastening and stability under the conditions of long-term storage in aggressive environments, and also the results of industrial activity on stabilization of acidified basis of shop producing termo-phosphorus acid has confirmed the long-term effect of improvement for structural and ecological properties of acidified sandy grounds.

Key words: fastening of the fundamentals and bases; stabilization of swelling grounds; chemical fastening of grounds; silicification; silicate potassium phosphorus acid formula.

Мішурова Тетяна Віталіївна

Закріплення піщаних основ, забруднених фосфорнокислими

промстоками, в умовах діючого виробництва

Автореферат дисертації

Відповідальний за випуск Баташева К.В.

Підп. до друку 28.08.2001 р. Формат 60х84 1/16.

Папір для копіювальних апаратів.

Друк на ризографі. Умовн.-друк. арк. 0,8. Обл.-вид. арк. 1,0

Замовл. № __________ . Тираж 80 прим.

____________________________________._____________________________

Сектор оперативної поліграфії ІОЦ ХДАМГ

61002, Харків, вул. Революції, 12