24. Комплексное и другие виды укрепления грунтов при строительстве оснований.

Комплексные способы укрепления грунтов основаны на применении, кроме основного минерального или органического вяжущего, небольших добавок различных поверхностно-активных или активных веществ или вяжущего другого вида. Такой способ дает значительные преимущества, основными из которых являются: возможность использования грунтов, непригодных или малопригодных для укрепления, в целях повышения прочности, морозостойкости или деформативности укрепленных грунтов, снижения расхода основного вяжущего, а также облегчения процесса перемешивания.

При комплексных способах укрепления грунтов формируются сложные совмещенные пространственные типы бинарных структур, взаимно чередующиеся в микрообъемах и пронизывающие друг друга.

Например, при укреплении грунтов цементом и битумной эмульсией формируется пространственная бинарная структура — коагуляционно-кристаллизационная; при укреплении карбамидной смолой и битумной эмульсией — бинарная структура — конденсационно-коагуляционная.

При цементе как основном вяжущем в качестве добавок используют известь гашеную или молотую негашеную, хлористый кальций, различные электролиты, гипс и ряд поверхностно-активных гидрофобных веществ (полиакриламид, абиетиновую смолу, ферромылонафт и др.). Известь гашеную или негашеную добавляют (1—3% по массе) в цементогрунт при укреплении кислых или солонцеватых суглинков и глин, песков, и супесей, имеющих рН ниже 6, и переувлажненных грунтов с влажностью на 4—6 % больше оптимальной.

Хлористый кальций (0,4—0,8 % по массе) применяют при пониженной или отрицательной температуре воздуха, чтобы обеспечить процессы твердения укрепляемых вяжущими грунтов, а при укреплении солонце­ватых глин и тяжелых суглинков, кислых или гумусированных песчаных грунтов в засушливых районах — для сохранения оптимальной влажности грунта. Силикат натрия (0,5—2 % по массе) применяют для повышения прочности цементо-грунта, ускорения его твердения и снижения расхода цемента при супесчаных и суглинистых карбонатных грунтах.

Электролиты ускоряют и улучшают твердение цементогрунта.

Кремнийорганические вещества при укреплении грунта цементом придают ему несмачиваемость (гидрофобность) поверхности частиц грунта, в результате чего в 3—5 раз уменьшается возможное количество поглощаемой грунтом воды, значительно повышается морозостойкость и при этом снижается расход цемента. При добавке (0,05 % от массы грунта) пиридина в виде водного раствора появляется возможность снизить в 1,5 раза расход цемента. Пиридин и его производные являются отходами нефтехимической промышленности.

При укреплении грунтов известью в смесь вводят силикат натрия или золу уноса, получаемую от сжигания бурого угля, торфа и каменного угля, в соотношении 1:2 до 1:5 (зольно-известковое вяжущее).

Комплексное укрепление грунтов придает верхнему слою основания, построенному с применением минеральных вяжущих, особенно таких, как низкомарочный цемент и известь, большую морозо- и водостойкость, а также трещиностойкость.

Для комплексной обработки применяют вещества, различные по природе, свойствам и физическому состоянию. Для тонкодисперсных грунтов применяют неорганические соли или гидраты многовалентных катионов или поверхностно-активные вещества, способные адсорбционно поглощаться и связываться с грунтом.

При комплексном укреплении связных грунтов, содержащих глинисто-коллоидные частицы, наиболее эффективными являются известь, фильтр-прессные отходы сахарных заводов, цемент.

Для повышения водостойкости укрепляемого грунта эффективна добавка в битум веществ, способствующих образованию хемосорбционных соединений на поверхности грунтовых частиц, насыщенных ионами кальция (или железа).

Наиболее высокие прочность, водо- и морозостойкость битума получают при добавке в него анионоактивных веществ органических кислот или фенолов, а в грунты—извести.

Назначение и выбор веществ для комплексного укрепления грунтов при органическом вяжущем прово­дят после детального исследования свойств веществ и образцов из битумогрунтовой смеси с добавкой испытуемого вещества.

Развитие химической промышленности и увеличение промышленного выпуска синтетических высокополимерных соединений, в том числе различных синтетических смол холодного отверждения, открывают большие возможности их применения для укрепления грунтов. Добавка синтетических смол обеспечивает образование гидрофобной структуры, высокую прочность, водо- и морозостойкость укрепленного грунта.

Карбамидоформальдегидные смолы вырабатывают из недефицитного сырья, и стоимость их ниже стоимости других синтетических смол, что позволяет эффективно применять их для укрепления грунтов.

Наиболее пригодны для укрепления этими смолами супесчаные грунты, близкие к оптимальному составу, а также пылеватые пески.

Для изменения тонкодисперсной (глинисто-коллоидной) части грунтов с целью повышения их сцепления и водостойкости применяют различные гидрофобизирующие и другие вещества. Преимущество гидрофо-бизирующих веществ состоит в том, что для создания прочной водостойкой структуры укрепленного грунта их требуется в 5—10 раз меньше, чем цемента или битума. Однако при малой дозировке (0,1 — 2 %) необходимо их равномерное распределение и тщательное перемешивание. Этого можно достигнуть лишь при условии хорошей растворимости в воде таких веществ.

В качестве гидрофобизирующих веществ используют жидкие кремнийорганические соединения, а также высокомолекулярные синтетические смолы фурфурола и анилина, лигносульфонаты с соответствующими отвердителями (обычно в виде технических кислот).

В районах расположения целлюлозно-бумажных предприятий для укрепления грунтов применяют отходы от переработки древесины — лигносульфонаты — сульфитный щелок, лигносульфонат.

Разработаны и апробированы на практике разнообразные способы эффективного укрепления крупнообломочных, песчаных и глинистых (супесей, суглинков и глин) грунтов различного генезиса и состава. Установлено, что для их укрепления успешно могут применяться весьма различные по составу минеральные и органические вяжущие материалы.

Большое количество возможных для применения вариантов смесей (свыше 200) обязательно требует очень тщательного и хорошо обоснованного подхода при выборе реализуемых на практике рабочих смесей. При этом предпочтение всегда отдают тем смесям, которые наиболее надежно обеспечивают после их затвердевания требуемые прочность, морозостойкость и другие свойства, а также длительную работу слоя укрепленного грунта в дорожной и аэродромной одежде.