Реология грунтобетонных смесей на основе полимер-органического связующего с минеральным модификатором

К числу приоритетных задач государственной политики России относится развитие Арктической зоны, характеризующейся неблагоприятными природно-климатическими и инженерно-геологическими условиями, которые существенно усложняют развитие данной территории, в частности модернизацию транспортной инфраструктуры. Одним из эффективных способов устройства дорожного полотна является использование базовых грунтов, укрепленных или стабилизированных вяжущими и активными добавками с формированием грунтобетонной структуры с заданными физико-механическими характеристиками. Предварительно выполненными работами обоснована возможность использования в качестве комплексного укрепителя (органоминерального стабилизатора) глинистых грунтов полимер-органического связующего с минеральным модификатором. Исследования проводили на модельной системе грунта, полученной смешением песка и сапонитсодержащего материала и соответствующей по свойствам и составу супеси. В качестве органоминерального стабилизатора использовали комплекс, состоящий из глиоксаля, карбидного ила и коры. Выдвинута гипотеза о механизме структурообразования разработанной многокомпонентной грунтобетонной системы на основе модельного грунта, заключающемся в физико-химическом взаимодействии отдельных компонентов системы с постепенным переходом от пластичного к твердообразному состоянию и образованием периодической коллоидной структуры, устойчивой к внешним температурно-влажностным воздействиям и обладающей требуемыми в начальный период изготовления реологическими характеристиками. В этой связи целью данной работы являлась оценка структурно-механических особенностей модельных систем с органоминеральным стабилизатором, а именно реологических параметров как информативных и чувствительных показателей структурных трансформаций коллоидной системы в зависимости от ее состава, а также физико-механических свойств. Реотехнологические параметры определяли с помощью ротационного вискозиметра. Для установления закономерностей структурообразования в качестве реологической модели была выбрана модель Гершеля–Балкли. Полученные результаты показали, что все исследуемые дисперсные системы характеризуются тиксотропным типом течения и обладают промежуточными структурно-механическими свойствами, близкими к бингамовским твердообразным системам. Установлены закономерности влияния отдельных компонентов грунтобетонной смеси на реологические свойства модельного глинистого грунта. Доказано, что доминирующее воздействие на процессы структурообразования оказывает полимер-органическое связующее на основе механоактивированной коры и глиоксаля. При этом увеличение содержания водной дисперсионной среды на стабильность данных систем в начальный период практически не оказывает влияния: обеспечивается структурная прочность коагуляционных контактов, сформированных в результате физико-химического взаимодействия активных компонентов системы. Показано, что укрепление модельного глинистого грунта органоминеральным комплексом обеспечивает снижение оптимальной влажности системы в два раза с формированием грунтобетона с высоким запасом по прочности. Таким образом, в результате комплекса исследований дополнены теоретические представления о структурообразовании сложных грунтобетонных систем.

Ю.В. СОКОЛОВА¹, инженер, старший преподаватель (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
В.В. НЕЛЮБОВА², д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
А.М. АЙЗЕНШТАДТ¹, д-р хим. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
В.В. СТРОКОВА², д-р техн. наук (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 Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46)

. Иващенко Ю.Г., Мамешов Р.Т., Эминов Р.Н., Магомедов Ш.М. Структурообразование строительных композиционных материалов на основе местного сырья, модифицированных добавками полифункционального назначения // Техническое регулирование в транспортном строительстве. 2019. № 6 (39). С. 306–311.
2. Косенко С.А., Котова И.А., Акимов С.С. Технико-экономическое обоснование устройства защитных подбалластных слоев из грунтобетона при тяжеловесном движении поездов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2021. Т. 23. № 1. С. 161–174. DOI: 10.31675/1607-1859-2021-23-1-161-174
3. Пичугин А.П., Чесноков Р.А., Тамарова В.С., Пивкина А.Д. Укрепление дорожных грунтовых оснований минеральными вяжущими с дисперсными добавками // Дальний Восток: проблемы развития архитектурно-строительного комплекса. 2021. Т. 1. № 1. С. 178–183.
4. Романенко И.И., Петровнина И.Н., Пинт Э.М., Шарипков А.Д. Особенности технологии строительства дорожного основания // Дневник науки. 2020. № 2 (38). С. 12.
5. Долев А.А., Алексеев В.А., Баженова О.Ю. Подбор расходов материалов для создания грунтоцементных свай в сложных инженерно-геологических условиях // Строительство и реконструкция. 2022. № 1 (99). С. 110–119. DOI: 10.33979/2073-7416-2022-99-1-110-119
6. 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.
7. Соколова Ю.В., Айзенштадт А.М., Королев Е.В., Чибисов А.А. Оценка влияния рецептурных факторов на структурообразование полимер-органического связующего // Строительные материалы. 2020. № 9. С. 27–36. DOI: 10.31659/0585-430X-2020-784-9-27-36
8. Инженерная геология России. Т. 1. Грунты России: Монография / Под ред. В.Т. Трофимова, Е.А. Вознесенского, В.А. Королева. М.: КДУ, 2011. 672 с.
9. Нелюбова В.В., Усиков С.А., Строкова В.В., Нецвет Д.Д. Состав и свойства самоуплотняющегося бетона с использованием комплекса модификаторов // Строительные материалы. 2021. № 12. С. 48–54. DOI: 10.31659/0585-430X-2021-798-12-48-54
10. Ni H., Huang Y. Rheological study on influence of mineral composition on viscoelastic properties of clay. Applied Clay Science. 2020. Vol. 187, pp. 105493. DOI: 10.1016/j.clay.2020.105493
11. Morariu S., Teodorescu M., Bercea M. Rheological investigation of polymer/clay dispersions as potential drilling fluids. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2022. Vol. 210, pp. 110015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.petrol.2021.110015
12. Lin Y., Qin H., Guo J., Chen J. Rheology of bentonite dispersions: Role of ionic strength and solid content. Applied Clay Science. 2021. Vol. 214, pp. 106275. DOI: https://doi.org/10.1016/j.clay.2021.106275
13. Shakeel A., Kirichek A., Chassagne C. Rheology and yielding transitions in mixed kaolinite/bentonite suspensions. Applied Clay Science. 2021. Vol. 211, pp. 106206. DOI: https://doi.org/10.1016/j.clay.2021.106206
14. Tsugawa J.K., de Oliveira Romano R.C., Pileggi R.G., Boscov M.E.G. Review: Rheology concepts applied to geotechnical engineering. Applied Rheology. 2019. No. 29(1), pp. 202–221. DOI: https://doi.org/10.1515/arh-2019-0018
15. Deng S., Kang C., Bayat A., Barr K., Trovato C. Rheological properties of clay-based drilling fluids and evaluation of their hole-cleaning performances in horizontal directional drilling. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice. 2020. No. 11 (3), pp. 04020031. DOI: 10.1061/(ASCE)PS.1949-1204.0000475