Материал: Комплексные проблемы техносферной безопасности. материалы Международной научно-практической конференции. Колодяжный С.А., Небольсин В.А

лении глинистых грунтов использовались шлаки, активизированные небольшими добавками цемента или извести (2-4 %). Сравнительная оценка по влиянию вида и состава шлаков на эффективность закрепления глинистых грунтов проведена при едином их содержании в смеси в количестве 30,0 %. Использование шлаков, активированных небольшими дозировками цемента (2-4 %) или негашеной извести (2-3 %), для укрепления глинистых грунтов способствует увеличению прочности смесей даже на ранних сроках твердения (таблица).

Введение небольших количеств щелочных активизаторов нарушает термодинамическое неустойчивое равновесие компонентов шлака, в том числе и шлакового, стекла, и способствует формированию более устойчивых новообразований, определяющих повышенные показатели прочности и водостойкости. С увеличением сроков твердения для некоторых смесей прочность возрастает в 1,5-2 раза по сравнению с показателями образцов 28-ми суточного возраста. Высокое содержание CaO и MgO в отвальных металлургических шлаках предопределяет высокую щелочность (pH до 12) порового раствора в момент гидратации. Вследствие химического взаимодействия продуктов гидролиза и гидратации активных минералов шлаков и цемента с компонентами грунта, на поверхности частиц формируется слой гелеобразных новообразований сложного состава, которые со временем образуют прочную структуру материала.

Исследования показали, что рост прочности шлакогрунтов зависит от состава шлаков, вида и концентрации активизаторов, а также от укрепляемых грунтов. При одних и тех же добавках шлака и активизатора меньшими показателями прочности отличались образцы на основе глины легкой (табл.).

Высокое содержание глинистых частиц (32 %) и присутствие органических веществ в составе глины определяют ее активное взаимодействие с Ca(OH)2, выделяющейся при гидролизе и гидратации цемента. В период с 7 до 90 суток грунтом из порового раствора поглощается 80-95 мг-экв. извести, что существенно снижает ее концентрацию в системе и усложняет условия формирования новообразований, упрочняющих материал. В связи с этим прочностные показатели образцов не превышают 1,70-2,0 МПа на протяжении 180 суток твердения.

При использовании негашеной извести, в качестве активизатора, прочность укрепленных грунтов крайне медленно повышается во времени. В течение 180 суток рост прочности составляет 0,3-0,5 МПа по сравнению с образцами ранних сроков твердения. При этом они отличаются низкой морозостойкостью, и его показатели не превышают 0,20. Более высокие показатели прочности отмечены при укреплении лессовидного суглинка, что обусловлено повышенным содержанием CaCO3 в его составе (9,5 %). Карбонаты оказывают положительное влияние на процесс твердения клинкерных минералов цемента и шлаков в смесях. Присутствие в грунте водорастворимых солей (2,4 %) и наличие в их составе ионов SO42- (0,61 %) способствуют формированию гидросиликатов и гидросульфоалюминатов кальция, обеспечивающих высокие прочностные показатели материала.

Значительный рост прочности отмечается при укреплении покровного суглинка сталеплавильным шлаком, активизированного небольшими добавками цемента, особенно на длительных сроках твердения. К 180 суткам прочность увеличивается в 4 раза по сравнению с 28-ми суточными образцами. При этом повышается их водостойкость и морозостойкость, и коэффициент морозостойкости составляет 0,75-0,88.

При укреплении суглинка среднего активизированным ваграночным шлаком прочность образцов повышается с увеличением сроков твердения и дозировки цемента. По сравнению со шлакогрунтом ее показатели в 5-10 раз выше на всех сроках твердения. Особенности твердения смесей с использованием ваграночного шлака, возможно, связаны и с его дисперсностью. Величина удельной поверхности шлака в три раза меньше, по сравнению с электросталеплавильным шлаком, и составляет 91 см2/г.

Анализ полученных результатов показал, что процессы твердения глинистых грунтов, укрепленных активизированными шлаками, имеют стадийный характер. Периоды роста и

126

снижения прочности зависят от состава глинистых грунтов и шлаков. Процессы структурообразования грунтов, укрепленных комплексным вяжущим, отличаются интенсивностью твердения, повышенным количеством формирующихся гелевидных новообразований, преобладающих в системах особенно на ранних стадиях твердения. Они аккумулируются на отдельных частицах грунтовой смеси, и не прослеживается их повсеместного объемного распределения. В какой-то степени изменение состава новообразований во времени определяет периоды роста и снижения прочности шлакоцементогрунтов. Наблюдаемая стадийность процесса твердения обусловлена в значительной мере процессами синерезиса геля.

Таким образом, ранее проведенными исследованиями и опытными работами установлена возможность и целесообразность использования отвальных шлаков в качестве вторичного минерального сырья для укрепления грунтов в дорожном строительстве. Шлаки в сочетании с добавками цемента проявляют гидравлическую активность. Они обладают вяжущими свойствами, проявляющимися во времени, и являются медленно твердеющим вяжущим материалом. Процесс твердения грунтов, укрепленных активизированными шлаками, также носит замедленный характер, но прочностные характеристики существенно выше, по сравнению со шлакогрунтовыми смесями.

Активное использование отвальных шлаков позволит существенно сократить капиталовложения в строительстве, а также решать экономические и социальные вопросы: значительно сократить расход дорогостоящих материалов; повысить процент использования накопленных металлургических шлаков; способствовать снижению техногенных нагрузок на природную среду; значительно сократить размеры территорий, занимаемых накопителями и отвалами промышленных отходов.

Литература 1. Гузь В.А. [и др.] Шлаки и их использование в строительной отрасли / В.А. Гузь,

А.А. Кабанов, Е.В. Высоцкий, В.И. Жарко // Цемент и его применение. - СПб.: Изд-во «Журнал Цемент», 2009. - № 4. - С. 41-45.

2. Гурьянова М.Ф. Процессы структурообразования при укреплении глинистых грунтов шлаковыми вяжущими в дорожном строительстве: диссертация / М.Ф. Гурьянова // Дисс. канд. геол.- мин. наук. - М.: МГУ, 1985. - 145 с.

3.Мымрин В.А. Теоретические основы упрочнения глинистых грунтов металлургическими шлаками в целях дорожного строительства: автореферат / В.А. Мымрин // Автореферат дисс. доктора геолого-минералогических наук. - М.: РУДН, 1987. - 33 с.

4.Мымрин В.А., Гурьянова М.Ф. Исследование процессов структурообразования в некоторых искусственных грунтах / В.А. Мымрин, М.Ф. Гурьянова //Бюллетень Московского общества испытателей природы. Одел геологический. - М.: Изд-во «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова», 1983. - Т.58. - Вып. 2. - С. 52-59.

5.Огородникова Е.Н., Барабошкина Т.А., Мымрин В.А. Вторичные ресурсы для дорожной индустрии - золы теплоэлектростанций и шлаки черной металлургии: учеб. пособие

/Е.Н. Огородникова, Т.А. Барабошкина, В.А. Мымрин. - М.: Изд-во «Российский университет дружбы народов», 2013. - 244 с.

ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»

N.A. Larionova

ESTIMATION OF THE INFLUENCE OF THE COMPOSITION OF METALLURGICAL

SLAGSON EFFICIENCY OF CLAY STRENGTHENING

Features of the hardening processes of slags and slag-soil mixtures, determined by the composition of slags and their hydraulic activity, are considered in the paper. The introduction of small dosages of cement contributes to activation of hardening of the compositions. The possibility of using cement-activated slags for strengthening of clayey soils and obtaining materials with specified properties has been demonstrated. The influence of the soil composition on the effectiveness of their strengthening by activated slags is determined

127

Key words: slag composition, activation, cement, curing process, knitting properties, strength, frost-resistance of samples, clay soils, strengthening

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Moscow State University name M.V. Lomonosova»

УДК 624.131

М.В. Минина1, В.А. Королѐв2

ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ОПОЛЗНЕВОЙ ОПАСНОСТИ

Для обеспечения безопасности территорий разработана методика обоснования типовых схем противооползневой инженерной защиты на основе анализа различных литотехнических системах. Внедрение таких типовых схем инженерной противооползневой защиты в практику позволит существенно сократить временные и материальные затраты на их создание Ключевые слова: оползневая опасность, типизация оползней, типизация литотехнических систем, типовые схемы

противооползневой инженерной защиты

Безопасность территорий в горных и предгорных районах во многом зависит от активности оползней, которые наносят значительный ущерб народному хозяйству, порой приводя к человеческим жертвам. Поэтому создание систем противооползневой защиты приобретает первостепенную значимость. Однако создание систем противооползневой инженерной защиты является весьма дорогостоящим. Существенное снижение материальных и трудовых затрат при проектировании и строительстве эффективных систем противооползневой инженерной защиты в предгорных и горных районах может быть достигнуто за счет применения типовых схем инженерной защиты [1-3]. Типовая схема инженерной защиты (ТСИЗ) представляет собой комплекс защитных сооружений и конструктивных мероприятий, необходимых и достаточных для предотвращения возникновения и развития оползня в пределах рассматриваемой литотехнической системы (ЛТС) с учетом еѐ конкретных инженерногеологических условий.

Для обоснования типовых схем инженерной защиты авторами была разработана методика на основе анализа олимпийских объектов, построенных в долине реки Мзымта (Краснодарский край). Эта методика базировалась на реализации следующих трех этапов: 1) типизация оползней; 2) типизация соответствующих ЛТС; 3) обоснование ТСИЗ применительно к выделенным ЛТС.

В ходе исследования был выполнен анализ опыта строительства и эксплуатации систем противооползневой инженерной защиты, а также нормативной и научной литературы о принципах обоснования противооползневой инженерной защиты, в результате которого был выделен ряд качественных и количественных параметров оползневых процессов, учитываемых при типизации оползней, распространенных в долине р. Мзымта. Были выделены следующие типы оползней: блоковые оползни сдвига (срезающие и соскальзывающие), оползни вязкопластического течения, комбинированные оползни, поверхностные сплывы и оплывины [2]. Были охарактеризованы следующие параметры типовых оползней: геометрические характеристики, уклон поверхности, литологический состав тела оползня, факторы оползнеобразования и гидрогеологические условия. При строительстве олимпийский объектов в наибольшей степени угрозу инженерным сооружениям создавали блоковые оползни сдвига и оползни вязкопластического течения, соответственно и опыт борьбы именно с данными оползнями накоплен, поэтому комбинированные оползни, поверхностные сплывы и оплывины были исключены из последующей типизации ЛТС. Далее нами было оценено взаимодействие указанных типовых оползней с наиболее распространенными техническими объектами инфраструктуры, среди которых преобладают: 1) автомобильные дороги; 2) железная дорога; 3) опоры канатных дорог; 4) опоры эстакад; 5) отдельно стоящие постройки (жилые либо производственные здания, объекты различного назначения). Сочетание двух наиболее распространенных в долине р. Мзымта типов оползней (геологическая подсистема) и пяти типов

128

сооружений (техническая подсистема) позволило выделить ряд литотехнических систем (ЛТС), принятых в качестве типовых [1].

Типовые схемы инженерной защиты применительно к выделенным типовым литотехническим системам

129

130