Состав и способ укрепления грунтов

Область техники

Изобретение относится к области грунтоведения и инженерной геологии, в частности к улучшению механических свойств несвязных грунтов за счет микробиологического образования кальцитового цемента.

Уровень техники

Для сокращения затрат и рационального использования территории перед строительством инженерных сооружений важно подготовить стабильное грунтовое основание. С инженерно-геологической точки зрения грунтовые массивы не всегда отвечают требованиям проектируемых сооружений. В таких случаях зачастую применяются различные мероприятия по подготовке территории к строительству.

Существуют способы укрепления грунтов с внесением различных химических соединений через скважины: полимеров (RU 2474651, МПК E02D 3/12, опубл. 20.01.12 г.; RU 2559998, МПК E02D 35/00, опуб. 10.04.15 г.), смеси жидкого стекла, глины и цемента (RU 2439246, МПК E02D 3/12, опуб. 10.01.12 г.), фиброволокна со связующим (RU 2008110880, МПК С09К 17/00, опуб. 27.09.08 г.), сапонитсодержащего материала с наполнителем (RU 2434862, RU 2222668), алюмосиликатов (RU 2326924, МПК С09К 17/00, опуб. 20.06.08 г.), растворов карбоната натрия с органическими спиртами C₁-С₁₇ (RU 2228430, МПК E02D 33/138, опуб. 20.09.03 г.).

Микробиологические процессы способны усиливать осаждение связующего (цементирующего) компонента в грунте. В настоящее время существуют технологии микробной биоцементации с внесением уробактерий (ЕР 1838642, WO 2008120979), методы осаждения минералов (кальцита и других карбонатных минералов) с использованием фермента - уреазы (растительного и микробного происхождения) для инженерно-геологических целей (WO 2015065951, US 8256994).

Прототипом как для состава, так и для способа может считаться патент (US 8420362 от 16.04.2013), позволяющий при использовании мочевины, ионов кальция и автохтонных микроорганизмов добиться улучшения механических свойств грунтов. Предлагается однократное внесение инициирующего раствора следующего состава: 250 мМ хлорида кальция (CaCl₂), 333 мМ мочевины, в качестве добавки питательных веществ для микроорганизмов - 170 мМ ацетата натрия (СН₃СООNa⋅3Н₂O), 12,2 мМ хлорида аммония (NH₄Cl), 0,1 г/л дрожжевого экстракта и 1% патоки. Затем 7 раз через каждые трое суток предусматривается внесения цементирующего раствора состава: 50 мМ ацетата натрия, 50 мМ хлорида кальция, 333 мМ мочевины, 12,2 мМ хлорида аммония и 0,1 г/л дрожжевого экстракта.

Недостатками данного способа и состава-прототипа, которые преодолены в предлагаемом нами, являются большая техническая сложность и длительность обработки.

В патенте-прототипе предлагается внесение веществ неоднократно (минимум 8 раз), в течение месяца, в связи с этим происходит больший расход реагентов, также используются два различных по составу раствора для обработки грунта. Длительность обработки составляет 21 сутки.

Сущность изобретения

Задачей создания изобретения является разработка состава и способа укрепления грунтов, свободного от недостатков прототипа.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как состав для укрепления грунтов, содержащий мочевину, хлорид кальция и микробиологическую добавку, и отличительных существенных признаков, таких как: в качестве микробиологической добавки используют мясопептонный бульон Nutrient boullion siccum, представляющий собой сухую смесь, состоящую, мас.%: из тропического гидролизата кильки - 67% и хлорида натрия - 33%, при этом мочевину используют в концентрации 333 мМ, хлорид кальция безводный в концентрации 333 мМ и мясопептонный бульон Nutrient boullion siccum в концентрации 1,5 г/л.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных во 2-м пункте формулы изобретения, а именно в грунт однократно вносят состав как указано в п. 1 формулы изобретения, в количестве 55 мл/кг.

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков как по составу, так и по способу позволяет получить следующий технический результат - упрощение процесса, сокращение времени получения конечного результата, улучшение механических свойств грунтов.

Предлагаемый способ позволяет укрепить несвязные песчаные грунты за более короткий интервал времени, с меньшей технической сложностью и сокращением расходов реагентов. Суть метода заключается в том, что впервые в природный грунт однократно вносится раствор следующего состава: мочевина, хлорид кальция безводный (CaCl₂), мясопептонный бульон. Мясопептонный бульон - это Nutrient boullion siccum, производится в России (г. Махачкала) и представляет собой сухую смесь, состоящую из триптического гидролизата кильки (67% по массе) и хлорида натрия (33% по массе) [см.: С.И. Кузнецов, Г.А. Дубинина. Методы изучения водных микроорганизмов. М.: Наука, 1989. С. 288. - 1].

Проведенные исследования показывают, что для улучшения механических свойств грунта достаточно 14 дней выдержки после однократной обработки указанным раствором.

Пример реализации изобретения

Испытания проводили на аллювиальных мелких песках, отобранных в районе р. Камы. Образцы грунтов были разделены на опытные и контрольные.

Опытные образцы грунта обрабатывались раствором: мочевины, CaCl₂ безводным, мясопептонным бульоном. Количество вносимого раствора составляло 60 мл на 1 кг грунта со следующими концентрациями веществ:

- мочевина - 333 мМ;

- хлорид кальция CaCl₂ - 333 мМ;

- мясопептонный бульон (Nutrient boullion siccum) - 1,5 г/л.

После 14 суток выдержки проводились испытания механических свойств грунта в соответствии с ГОСТ 12248-2010 (Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости).

Контрольные образцы грунта подвергались испытаниям на определение механических свойств грунтов в соответствии с ГОСТ 12248-2010 после внесения в образцы грунта дистиллированной воды в количестве 60 мл воды на 1 кг грунта и выдержки в течение 14 суток.

Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Результаты исследований показывают, что после 14 суток обработки раствором мочевины, CaCl₂ безводным, мясопептонным бульоном (Nutrient boullion siccum) модуль деформации песка вырос на 12% по сравнению с контрольным образцом. Преимущества способа: техническая простота, сокращение срока для получения результата.

Данное описание и пример рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.