Экспериментальные исследования деформационно-прочностных свойств песчаного грунта при его укреплении полиуретановыми составами

При возведении и эксплуатации инженерных объектов, разработке месторождений твердых полезных ископаемых в ряде случаев необходимо улучшать свойства песчаных грунтов за счет их армирования полимерными составами. Анализ современных исследований показывает, что влияние расхода и способа обработки полиуретанами на приобретенные свойства рыхлых пород слабо изучено. В работе представлены результаты лабораторных исследований химического закрепления песчаного грунта полиуретановыми составами. Геоматериалы, обычно получаемые при армировании рыхлых пород высокоэластичными полимерами, имеют низкие прочностные свойства и стабильны лишь при незначительных нагрузках. Для повышения прочности предложена технология двухрастворной обработки песчаного грунта, включающая последовательное смешение породы с двухкомпонентным высокоэластичным медленно реагирующим составом и малым объемом быстротвердеющей однокомпонентной смолы. Цель работы - экспериментальное исследование зависимости деформационно-прочностных свойств песчаного грунта от способа смешения с полиуретановыми составами и объемного расхода полимера. Экспериментально протестированы стандартный однорастворный способ смешения образцов с высокоэластичной смолой в соотношении объемов с песком от 0,05 до 0,4 и двухрастворный, включающий дополнительную обработку быстротвердеющей однокомпонентной смолой в объеме 5 % от укрепляемого грунта. Влияние полиуретановых смол на свойства породы оценивали по результатам прочностных испытаний методом трехосного сжатия. Для определения содержания и распределения отвержденных полимеров в структуре рыхлой породы использовался метод электронно-сканирующей микроскопии. Установлено, что добавление быстротвердеющего полиуретанового состава в двухрастворном способе смешения приводит к формированию агрегатов отвержденного полимера, связывающих минеральные зерна без сплошного заполнения межзерновых пустот. Наличие таких агрегатов повышает прочностные характеристики песка до 5 раз, что в 1,3-3 раза больше, чем при стандартном однорастворном смешении с высокоэластичной смолой в объемном соотношении с укрепляемой породой до 0,3. Установлено, что в условиях трехосного сжатия геоматериал, полученный при двухрастворном способе смешения, выдерживает более значительные осевые деформации. В случае объемного соотношения смолы и породы более 0,3 прочность получаемого геоматериала не зависит от добавки быстродействующего состава. Практическая значимость полученных результатов состоит в повышении прочности песчаного грунта при его малообъемном укреплении высокоэластичными полиуретанами.