Теоретические основы укрепления грунтов

ВОЕННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ

Кафедра «Автомобильных дорог,мостов и тоннелей «

«УТВЕРЖДАЮ

»

Заведующий кафедры №13

Доцент Николаевский В.Е.

«_____» 2013 г.

Практическое занятие № 1

По учебной дисциплине: «Химия в строительстве»

Тема: Структурообразование металлов, обжиговых материалов и полимеров. Общие понятия о долговечности материалов.

Автор: старший преподаватель сл. РА Чесноков В.П.

Обсуждено на заседании ПМК №___

Протокол № ___

«____» _____________ 2013г.

г. Балашиха, 2013г.

СОДЕРЖАНИЕ:

I. Введение

II. Учебные вопросы:

1.Теоретические основы укрепления грунтов.

2. Структурообразование металлов и обжиговых материалов. Их краткая характеристика.

3. Структура высокомолекулярных соединений (полимеров).

4. общие понятия о долговечности материалов. Связь состава структуры и свойств.

III. Заключение

Литература:

1. Волокитин Г.Г. «Физико-химические основы строительного материаловедения», учебное пособие, издательство АСВ, Москва – 2004 г. с. 6-25.

2. Горбунов Г.И. «Основы строительного материаловедения», учебное пособие, издательство АСВ, Москва – 2002 г.с. 18-68.

3. Рыбьев И. А. "Строительное материаловедение", учебное пособие, изд. "Высшая школа", Москва - 2002г. стр. 277-311;

4 Королев И.В. «Дорожно-строительные материалы, учебник, изд. «Транспорт», М-1991г. с.323-343.

5. Комар А. Г. «Строительные материалы и изделия», учебник, изд-во «Высшая школа», Москва – 1988 г. с. 459-497.

Учебно-математическое обеспечение

1.Стенды.

2.Ноутбук.

3.Графопроектор.

4.Экран.

Введение

На процессы структурообразования материалов оказывают большое влияние различные факторы:

- химический и минералогический составы исходных материалов;

- технологические процессы их производства;

- условия эксплуатации;

- и т. д.

От структуры материала зависят его свойства. Именно этим вопросам и посвящено данное занятие.

Теоретические основы укрепления грунтов

Согласно ГОСТа 25100-82 грунт-это любая горная порода или почва (а также отходы производственной и хозяйственной деятельности человека), представляющая собой многокомпонентную систему, изменяющуюся во времени, и используемая как основание, среда или материал для возведения зданий и инженерных сооружений.

Укрепление грунтов - это совокупность строительных операций по внесению вяжущих и др. веществ, обеспечивающих существенное изменение свойств грунтов с приданием им требуемой прочности, деформативности, водо-морозостойкости в течение всего периода эксплуатации.

Большое разнообразие вяжущих и других веществ, применяемых для укрепления грунтов в широком диапазоне их гранулометрического, минералогического и химического составов, а также генезиса, требует тщательного и внимательного подхода при выборе вяжущих материалов и добавок других веществ.

При укреплении грунтов протекают во времени сложные и взаимосвязанные взаимодействия, в результате которых коренным образом изменяются в сторону улучшения их физико-механические свойства, которые в обобщенном виде можно рассматривать как следующие процессы:

ХИМИЧЕСКИЕ:

- гидратация частиц цемента, извести и других минеральных вяжущих;

- твердение во времени продуктов гидратации природных или искусственных грунтов и особенно тонкодисперсной их частью;

- полимеризация и поликонденсация синтетических веществ (например карбамидных смол);

- химическое взаимодействие с образованием водостойких нерастворимых в воде соединений с различными активными реагентами.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ:

- обменное поглощение катионов, являющихся продуктов гидратации цемента (Са⁺⁺), тонкодисперсной частью грунта;

- поглощение других катионо - или анионоактивных веществ;

- молекулярная сорбция веществ из растворов на поверхности раздела фаз;

- необратимая коагуляция (самоукрупнение, комкование) глинистых и коллоидных частиц;

- их микроагрегирование и прочное цементирование.

физические и механические:

– предварительное тонкое размельчение грунтовых агрегатов (комков) в случае укрепления глинистых грунтов;

- точное дозирование вяжущих и других веществ;

- равномерное их объединение с частицами или микроагрегатами;

- оптимальное увлажнение и максимальное уплотнение смеси с последующим обеспечением требуемого режима твердения уплотненного слоя.

Правильное взаимное сочетание указанных процессови их усиление действием ПАВ, обеспечивает преобразование природных свойств грунта с приданием ему прочности, монолитности, морозостойкости, водостойкости и способность их сохранять длительное время.

Перечисленные разнообразные и сложные процессы направлены на превращение дисперсного грунта в прочный монолитный слой и всегда находятся в тесной взаимосвязи. В результате могут быть получены следующие типы пространственных моноструктур: кристаллизационная, конденсационная и коагуляционная.

КРИСТАЛИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА.Образуется в результате выделения твёрдой фазы из расплава или раствора в виде кристаллов и в дальнейшей кристаллизации в монолит.

Характерной особенностью этих структур является то, что они в течение короткого времени начала схватывания гидратированных зерен (4-6 час) цемента развиваются на основе коагуляционныхструктур путем выкристаллизовывания из растворов вновь образующих гидратов, срастающихся в прочной монолит в процессе своего роста и упрочнения с увеличением времени их твердения. Кристаллизационные структуры являются наиболее прочными и морозоустойчивыми по сравнению с другими типами структур. Данные структуры характерны при укреплении грунтов минеральными вяжущими (цементом, шлаковым цементом, известью тонкомолотыми шлаками, белитовыми шлаками и т.д.).

КОНДЕНСАЦИОННАЯ СТРУКТУРА. Структура формируется в результате непосредственного химического взаимодействия частиц в зависимости от состава и типа образующихся химических связей. Конденсационные структуры характеризуются тем, что они возникают при действии небольших сил сцепления - химических. Такие структуры отличаются высокой механической прочностью, хрупкостью и характеризуются полным отсутствием тикеотропных свойств, характерных для коагуляционых структур. Данные структуры характерны для укрепления грунтов синтетическими смолами типа карбамидные, ФАС и т.д.

КОАГУЛЯЦИОННЫЕ СТРУКТУРЫ. Под этим понятием подразумевают структуру твердого тела или среды, в образовании которой участвуют силы межмолекулярного взаимодействия (ван-дер-вальсовые), действующие через прослойку жидкости. Такие структуры могут уплотняться и сушке и набухать при увлажнении, т.е. представляют собой неустойчивые системы, способные под воздействием окружающей среды изменять свое состояние. В основном такие структуры характеризуют глиняное, цементное, гипсовое тесто, а так же различные пасты, мастики, смеси и т.д.

Следовательно, коагуляционная структура характеризует временное промежуточное состояние тела, способного при соответствующих условиях либопревращаться в жидкость, либо конденсироваться, превращаясь в твердое тело.

Укрепление грунтов одним вяжущим создает одну из трех основных типов структур. При укреплении грунтов добавками двух вяжущих или одного вяжущего ПАВ (комплексным методом) формируется ранее известные типы южных пространственных структур совмещенного типа.

Характерной особенностью сложных совмещенных структур является то, что при правильном технологическом процессе в микрообъемах укрепленного грунта формируется два типа пространственных бинарных структур, характеризующихся разными свойствами, взаимно дополняющих друг друга и компенсирующими недостатки каждой из моноструктур. Бинарные (совмещенные) структуры - проникающие структуры, и в микрообъемах они прерывистые, сменяют друг друга в небольших объемах укрепленного грунта.

Практикой установлено, что некоторые грунты при определенном соотношении гравийных и песчаных, пылеватых и глинистых частиц приобретают достаточную устойчивость, незначительно понижают прочность при увлажнении, почти не пылят в сухую погоду.

Такой грунт называют оптимальным по гранулометрическому составу. Подбор по оптимальному гранулометрическому составу смеси производят аналитическим и графическим способом, зная гранулометрический состав и входящих в смесь грунтов.