Оценка влияния рецептурных факторов на структурообразование полимер-органического связующего

Развитие Северных и Арктических регионов сдерживается неблагоприятными инженерно-геологическими условиями. Поэтому актуальной задачей является внедрение инновационных технологий в строительстве, которые обеспечивают улучшение физико-механических свойств дисперсных грунтов. Существуют различные способы укрепления и стабилизации грунтов, однако наиболее широкое применение находят комбинированные физико-химические методы, позволяющие создавать структуры с заданными эксплуатационными характеристиками по типу грунтобетона. Предварительные исследования показали эффективность использования добавки на основе глиоксаля для укрепления алюмосиликатных (песчаных и глинистых) грунтов оснований дорог и инженерных коммуникаций. Разработанную композицию на основе песка, сапонитсодержащего материала, глиоксаля и тонкодисперсной коры, исходя из изученного механизма топохимического взаимодействия между компонентами, можно рассматривать как модель грунтобетона на основе полимер-органического связующего. В качестве нетрадиционного вяжущего выступает система механоактивированная кора – глиоксаль, а в качестве наполнителя смесь полиминерального песка и сапонитсодержащего материала, характеризующаяся количественным варьированием последнего и обеспечивающая создание модельной системы глинистого грунта с заданным числом пластичности. Однако в настоящее время отсутствует оценка вклада основных параметров топохимического взаимодействия в структурообразующие свойства полимер-органического связующего и не определено влияние рецептурных и технологических факторов на свойства конечного композита. Целью исследования, представленного в данной работе, являлась апробация научно обоснованной методики оценки влияния химического и физико-химического факторов на структурообразование полимер-органического связующего, выявление максимально возможного синергетического эффекта и определение диапазонов варьирования содержания компонентов. Для характеристики влияния химического фактора было выбрано количество глиоксаля, выраженное через отношение поляризационной составляющей поверхностного натяжения системы кора – глиоксаль после завершения реакции поликонденсации, определяемого методом Оунса–Вендта–Рабеля–Кьельбле (ОВРК), к начальной концентрации глиоксаля; для физико-химического фактора – количество активных центров, выраженное через удельную площадь поверхности механоактивированной коры. В качестве структурно-чувствительных свойств были выбраны прочность при сжатии композита и его влагостойкость, характеризуемая условным коэффициентом размягчения. Установлены зависимости влияния рецептурных и технологических факторов на свойства конечного композита. На прочность при сжатии наибольшее влияние оказывает физико-химический фактор, на влагостойкость – химический фактор. Разработаны принципы управления процессами структурообразования полимер-органического связующего. Получение грунтобетона с требуемыми прочностными характеристиками должно осуществляться путем контролирования удельной площади поверхности механоактивированной коры, а достижение заданной степени влагостойкости – за счет варьирования концентрации глиоксаля.

Ю.В. СОКОЛОВА¹, инженер (ассистент) (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
А.М. АЙЗЕНШТАДТ¹, д-р хим. наук, профессор (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
Е.В. КОРОЛЕВ², д-р техн. наук, профессор (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
А.А. ЧИБИСОВ¹, магистрант (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова (163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17)
² Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (190005, г. Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, 4)

1. Мурашова Е.Г., Кисель Е.К. Инженерно-геологические свойства глинистых грунтов. Региональные аспекты развития науки и образования в области архитектуры, строительства, землеустройства и кадастров в начале III тысячелетия: Материалы V Международной научно-практической конференции. Комсомольск-на-Амуре, 2018. С. 157–160.
2. Осипов В.И., Карпенко Ф.С., Кальбергенов Р.Г., Кутергин В.Н., Румянцева Н.А. Реологические свойства глинистых грунтов // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2017. № 6. С. 41–51.
3. Pourakbar S., Huat B. A review of alternatives traditional cementitious binders for engineering improvement of soils. International Journal of Geotechnical Engineering. 2017. Vol. 11. No. 2, pp. 206–2016. DOI: https://doi.org/10.1080/19386362.2016.1207042
4. Rahgozar M., Saberian M., Li J. Soil stabilization with non-conventional eco-friendly agricultural waste materials: An experimental study // Transportation Geotechnics. 2018. Vol. 14, pp. 52–60. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.trgeo.2017.09.004
5. Firoozi A., Guney Olgun C., Firoozi A., Baghini M. Fundamentals of soil stabilization // International Journal of Geo-Engineering. 2017. Vol. 8. No. 26, pp. 1–16. DOI: https://doi.org/10.1186/s40703-017-0064-9
6. Худайкулов Р.М., Мирзаев Т.Л. Применение стабилизаторов для улучшения прочности грунтового основания автомобильных дорог // Транспорт-ные сооружения. 2019. Т. 6. № 1. С. 12. DOI: http://dx.doi.org/10.15862/14SATS119
7. Лазоренко Г.И. Технологии стабилизации глинистых грунтов с применением наноматериалов // Инженерный вестник Дона. 2018. № 1 (48). С. 107.
8. Безродных А.А., Нелюбова В.В., Строкова В.В., Беляев А.В., Дмитриева Т.В. Терминологические аспекты укрепления грунтов. Инженерные задачи: проблемы и пути решения: Сборник материалов Всероссийской (национальной) научно-практической конференции Высшей инженерной школы САФУ. Архангельск, 2019. С. 66–68.
9. Безродных А.А., Дмитриева Т.В. Опыт применения грунтобетонов в дорожном строительстве. Инновационные материалы и технологии в дизайне: Тезисы докладов V Всероссийской научно-практической конференции с участием молодых. СПб., 2019. С. 84–85.
10. Траутваин А.И., Акимов А.Е., Черногиль В.Б. Изучение физико-механических характеристик различных видов грунта, укрепленного отходами клинкерного производства // Строительные материалы и изделия. 2018. Т. 1. № 3. С. 43–50.
11. Дмитриева Т.В., Куцына Н.П., Безродных А.А., Строкова В.В., Маркова И.Ю. Эффективность укрепления техногенного грунта минеральными модификаторами // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2019. № 7. С. 14–23. DOI: https://doi.org/10.34031/article_5d14bdcc8eca43.21244159
12. Гайда Ю.В., Айзенштадт А.М., Мальков В.С., Фомченков М.А. Органоминеральная добавка для укрепления песчаных грунтов // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 11. С. 25–29.
13. Соколова Ю.В., Айзенштадт А.М. Оценка дисперсионного взаимодействия в алюмосиликатной системе под действием органической добавки // Физика и химия обработки материалов. 2017. № 4. С. 83–88.
14. Sokolova Y.V., Ayzenshtadt A.M., Frolova M.A., Strokova V.V. Kinetic description of heterogeneous processes using surface tension as an information parameter // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1400. Iss. 7. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1400/7/077054
15. Данилов В.Е., Королев Е.В., Айзенштадт А.М., Строкова В.В. Особенности расчета свободной энергии поверхности на основе модели межфазного взаимодействия Оунса–Вендта–Рабеля–Кьельбле // Строительные материалы. 2019. № 11. С. 66–72. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-776-11-66-72
16. Ariawan D., Mohd Ishak Z.A., Salim M.S., Mat Taib R., Ahmad Thirmizir M.Z. Wettability and interfacial characterization of alkaline treated kenaf fiber-unsaturated polyester composites fabricated by resin transfer molding // Polymer Composites. 2017. Vol. 38. Iss. 3, pp. 507–515. DOI: https://doi.org/10.1002/pc.23609
17. Sun X., Mei C., French A.D., Wang Y., Wu Q. Surface wetting behavior of nanocellulose-based composite films // Cellulose. 2018. Vol. 25. No. 9, pp. 5071–5087. DOI: https://doi.org/10.1007/s10570-018-1927-8
18. Wang C., Xian Y., Smith L.M., Cheng H., Zhang S. Interfacial properties of bamboo fiber-reinforced high-density polyethylene composites by different methods for adding nano calcium carbonate // Polymers. 2017. Vol. 9. No. 11, pp. 587. DOI: https://doi.org/10.3390/polym9110587
19. Покровская Е.Н., Портнов Ф.А. Термодинамическая оптимизация модификаторов поверхностного слоя древесины // Пожаровзрывобезопас-ность. 2017. Т. 26. № 5. С. 29–36. DOI: https://doi.org/10.18322/PVB.2017.26.05.29-36
20. Гусев Б.В., Гришина А.Н., Королев Е.В. Особенности структурообразования гипсового вяжущего, модифицированного гидросиликатами цинка // Промышленное и гражданское строительство. 2020. № 2. С. 40–46. DOI: https://doi.org/10.33622/0869-7019.2020.02.40-46
21. Gayda J.V., Ayzenshtadt A.M., Tutygin A.S., Frolova M.A. Organic-Mineral Aggregate for Sandy Subsoil Strengthening. The 3rd International Conference on Transportation Geotechnics: Procedia Engineering, Advances in Transportation Geotechnics 3. Guimaraes. 2016. Vol. 143, pp. 90–97. DOI: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.012