Коэффициент фильтрации песка для дорожного строительства: Коэффициент фильтрации песка: мелкого, среднего и крупнозернистого, расчет по ГОСТ

определение для дорожного строительства, ПГС ГОСТ 25584 средней крупности, таблица грунтов

Песок является в какой-то степени уникальным материалом, который используется во многих отраслях, включая строительство, сельское хозяйство и т.д. Он повсеместно используется для приготовления цементных и бетонных растворов, для строительства дорог, зданий и насыпей. Приобретая песок, нужно уделять внимание некоторым его характеристикам, среди которых можно отметить модуль крупности, наличие примесей и глины в песке, а также коэффициент уплотнения и  фильтрации. О последнем параметре и пойдет речь в данной статье.

Содержание

• 1 Что это такое – коэффициент фильтрации песка по ГОСТу и почему его используют в строительстве, ремонтно-дорожных работах и др.
• 2 От чего зависит данный показатель
• 3 Характеристики
• 4 Определение коэффициента пылеватого песка, средней крупности и др. – испытание метода
• 5 Заключение

Что это такое – коэффициент фильтрации песка по ГОСТу и почему его используют в строительстве, ремонтно-дорожных работах и др.

Люди, которые весьма отдаленно знакомы со спецификой такого материала, как песок, задаются вопросом – что такое коэффициент фильтрации песка? Если говорить понятным языком, без лишней терминологии, то этот показатель свидетельствует о прохождении жидкости через слой песка.

Иными словами, речь идет о водонепроницаемости данного материала. Определение скорости просачивания воды через песок определяется под влиянием гидравлического градиента. Как правило, его значение равно единице. Данный показатель измеряется в м/сут (метрах в сутки).

Коэффициент фильтрации

Получается, что конечная величина говорит о том расстоянии, которое проходит вода сквозь слой песка за 24 часа. Если показатель оказывается меньше 1, то такой песок считается недостаточно высокого качества.

Сыпучий материал не подойдет для использования в строительстве фундаментов и несущих конструкций. Для остальных же целей он вполне пригоден.

От чего зависит данный показатель

Коэффициент фильтрации песка очень важен для оценки его качественных характеристик, а также проникающей способности.

Знание данного показателя позволяет определить область применения песка, ведь для каждой отрасли и цели есть свои определенные требования.

Если показатель оказывается максимальным, то это говорит о том, что в таком песке практически отсутствуют различные примеси и глина. Соответственно, если песчинки крупные, а состав более чистый, то такой песок обладает меньшей прочностью, что является преимуществом.

Если порода обладает такими характеристиками, то жидкость проходит через нее без препятствий. Данное обстоятельство позволяет использовать цементный раствор при масштабном строительстве, производстве, заливке фундаментов, стяжки пола и для кладки.

Заливка фундамента

Если у песка низкое значение коэффициента, то это говорит о присутствии в составе песка глины и крупных песчинок. Это ведет к увеличению водонепроницаемости материала, ведь вода практически не проходит через глину.

Да, такой песок будет обладать высокой прочностью, но его можно будет использовать только в весьма узких и специфических работах. Это неудивительно, ведь при приготовлении любых растворов используется вода, а такой песок затрудняет данные процессы.

Характеристики

Песчинки карьерного песка характеризуются коэффициентом, находящимся в диапазоне от 0,5 до 7 метров за сутки. Данный коэффициент в таблице достаточно средний, поэтому такой песок не может использоваться для масштабных строительств.

Карьерный

Намытый песок представляет больший интерес в этом плане, ведь материал проходит тщательную обработку и очистку с помощью воды. Это позволяет вымыть из состава примеси и глину, а сам коэффициент фильтрации песка средней крупности составляет от 5 до 20 метров за 24 часа.

Намытый

При этом, размер песчинки составляет не более 2,5 мм. Такой песок используется в тех видах работы, где присутствие глиняных примесей строго запрещено.

Размер фракций песка равный 1-2 мм характеризуется тем, что его пропускная способность составляет от 1 до 10 метров за 24 часа. Такой вид песка считается наиболее предпочтительным, поэтому его используют в ремонтных и отделочных работах.

Естественно, все это сказывается и на его стоимости.

Определение коэффициента пылеватого песка, средней крупности и др. – испытание метода

Определение коэффициента фильтрации карьерного, кварцевого песка происходит с помощью специального опыта с использованием простейших предметов. Данное испытание позволяет узнать глубину, на которую вода просачивается сквозь слой песка за 24 часа.

Согласно ГОСТ 8736, данный метод должен проводиться с использованием следующих инструментов:

• прибор КФ-00М;
• лабораторные весы;

Лабораторные весы

• электрический термометр;

Электрический термометр

• секундомер.

Секундомер

Прибор КФ-00М представляет собой конструкцию, состоящую из:

• фильтрационная трубка высотой не менее 10 см и диаметром 56,5 мм;
• перфорированное дно с отверстиями;
• муфта с латунными сетками.
• мерный стеклянный баллон.

Определение коэффициента фильтрации песка, согласно ГОСТ, проходит следующим образом:

• мерная трубка прибора заполняется песчаным материалом;
• перфорированное дно и латунную сетку прикрепляем к фильтрационной трубке. На сетку необходимо предварительно надеть смоченную в воде марлю. Сам же прибор устанавливается на стол или любую другую ровную поверхность;
• насыпаем песок в мерную трубку, после чего утрамбовать материал. Помните, что песок нужно засыпать партиями, поэтому можно разделить общее количество на три части. Перед загрузкой следующей партии, верхний слой песка в трубке слегка разрыхлить с помощью ножа или любого другого острого предмета;
• далее нужно измерить расстояние от крайней точки мерной трубки и поверхности песка в ней. Уровень песка не всегда может быть одинаковым, поэтому измерение лучше проводить в нескольких точках, после чего определять средний показатель;
• если расстояние оказывается более десяти сантиметров, то нужно еще немного утрамбовать песок.

На этом предварительный этап подготовки к испытанию можно считать завершенным. Далее можно переходить непосредственно к самому опыту, позволяющему определить коэффициент фильтрации песка:

• в мерную трубку нужно налить жидкость до уровня в 5 мм выше нулевой отметки;
• когда вода начнет просачиваться через перфорированное дно, нужно засечь время с помощью секундомера.

Эти манипуляции позволяют определить временной промежуток, за который жидкость опускается ниже уровня 5 см. Повторять это нужно не менее четырех раз, каждый раз наливая воду на 5 миллиметров выше.

Чтобы показатель был наиболее точным, нужно взять усредненное значение из всех совершенных манипуляций.

Помните, что категорически запрещено допускать падения жидкости в трубке ниже уровня песка. В противном случае, весь опыт окажется бесполезным.

При использовании полусухой стяжки пола можно быстро сформировать основу напольного покрытия. Полусухая стяжка пола – это качество, быстрота и эффективность.

При проведении ремонтных работ в обязательном порядке производят штукатурку стен. Тут узнаете, сколько сохнет штукатурка на стенах.

Цемент является главным строительным материалом при строительстве любого сооружения. Здесь ознакомитесь как развести и какие пропорции песка и цемента.

ГОСТ 25584 содержит информацию об определенном коэффициенте песка для каждого из видов данного материала. В частности, коэффициент фильтрации песка пылеватого составляет от 0,1 до 2 метров в сутки. Это очень небольшой показатель, поэтому сфера применения такого материала крайне ограничена.

Установленный ГОСТ позволяет значительно упростить определение сферы использования конкретного вида песка. Так, карьерный песок обладает низким показателем фильтрации, поэтому он может использоваться лишь для штукатурных работ, где особо не важны данные показатели.

Более подробно о определении коэффициента фильтрации песка смотрите на видео:

Заключение

Для более фундаментальных отраслей строительства можно также использовать карьерный песок, но прошедший определенную очистку водой. Он может использоваться в кирпичном и бетонном производстве, укладке бордюр и т.д.

Для более серьезных целей, таких как строительство дорог и зданий, лучше всего использоваться морской песок. В среднем, коэффициент фильтрации такого песка составляет от 10 до 20 метров в сутки, что вполне пригодно для дорожного строительства.

Естественно, данный коэффициент фильтрации песка напрямую зависит от модуля крупности, поэтому нужно учитывать это обстоятельство до проведения непосредственных работ.

ГОСТ 25584-2016, таблица, определение для дорожного строительства в лабораторных условиях, формула

Песок – это уникальный строительный продукт, который с каждым днем приобретает большой спрос. Его задействуют при изготовлении строительных смесей и растворов, при возведении домов, дорог и насыпей. Также, рассматриваемый материал применяется при производстве бетона, во время выполнения заливки фундамента и оштукатуривания поверхностей. При выборе песка необходимо принимать во внимание такие параметры, как модуль крупности, количество глинистых элементов, объемно-насыпная масса, коэффициент фильтрации. Именно последний показатель и стоит рассмотреть подробнее.

Содержание

• 1 Коэффициент фильтрации песка
• 2 Определение
• 3 Для строительства согласно ГОСТу

Коэффициент фильтрации песка

Суть этого показателя состоит том, чтобы наглядно продемонстрировать водопроницаемость. Другими словами, это способность материала пропускать воду.

Скорость, с которой проходит вода, определяется при влиянии гидравлического градиента, значение которого составляет 1. Измеряется он в м/сут. В результате представленной значение показывает расстояние, которое проходит вода сквозь песок за сутки.

Как использовать песок строительный гост 8736 2014, указано в данной статье.

Коэффициент фильтрации песка важно знать для того, чтобы дать оценку проникающей способности строительного материала, а также оценит его качественные характеристики. Для самой низкой пропускной способности песка характерен коэффициент фильтрации, значение которого 0. При низком показателе рассматриваемого параметра удается понять количество глинистых составляющих, а от этого будет зависеть область применения песка.

Ведь если коэффициент фильтрации низкий, то и область применения материал будет заметно сужена. Причина в том, что применения песка низкого качества негативно влияет на прочностные показатели конструкции.

Как использовать песок природный гост 8736 93,

Рассматриваемый параметр принимает самые высокие значения у материала, для которого характерны крупные зерна. Причина в том, что между песчинками скапливается большое количество воздуха, в результате чего вода свободна свободно передвигаться.

Определение

Как уже было отмечено выше, представленный параметр измеряется в метрах за сутки. После проведенных расчетов удается получить значение, которые показывает глубину в тоще песка, на которую опускается вода за 24 часа. 

Для проведения опыта определения необходимо взять мерную трубку, добавить воду, выше нулевой отметки не менее 5 мм. Когда жидкость будет вытекать через перфорированное дно, необходимо выполнить замеры времени, используя секундомер. Таким образом, вы сможете определить время, за которое вода опускается ниже уровня 50 мм. Подобные мероприятия необходимо выполнить 4 раза, причем каждый раз следует доливать воду в трубку на 5 мм выше. Если время падения составляет 10 мнут, то можно проводить опыты при начальном градиенты напора, который равен 2. Причем важно трубку с подставкой достать из стакана и установить на поддон. На протяжении сего исследования нельзя допустить, чтобы уровень воды в трубке снижался ниже слоя гравия.

Плотность сухогой почвы в емоксти, ρdi, г/см3, вычисляют по формуле:

ρdi=m1/(Vi (1+Wi)),
где Vi – фактический объем почвы в трубке, см3;
Wi – фактическая влажность почвы в трубке.
Рассматриваемый параметр вычисляют по формуле:

,

где h – высота фильтрующего слоя материала в трубке, см;

S – наблюдаемое падения уровня жидкости в пьезометре, подсчитываемое от первоначального уровня, см;

H₀ – минимальный напор, см;

t – длительность падения уровня жидкости, с;

Т=(0,7+0,03 Т_ф) – поправка для приведения значения рассматриваемого параметра к условиям фильтрации жидкости при температурном режиме 10 ⁰С, где Т_ф – фактическая температура жидкости при исследовании,

0С; Т= (0,7+0,03∙18)=1,24.

Каков размер кирпича обыкновенного, можно узнать из данной статьи.

Как выглядит керамический кирпич, можно увидеть на фото в данной статье.

Каков размер белого строительного кирпича можно узнать здесь: https://resforbuild. ru/kirpich/kladochnyj/razmer-belogo-kirpicha.html

Разность, полученная при измерении плотности сухой почвы в трубке и максимальной плотность, установленной ранее, не должна быть больше 0,02 г/см3. Если этого достичь не получилось, то все опыты выполняют заново.

Как использовать карьерный песок, можно узнать из данной статьи.

Таблица 1 – Зависимость уровня падения жидкости от первоначального напора.

0,010,020,03 0,040,050,060,070,080,090,100,110,120,130,140,150,160,170,180,190,20	0,0100,0200,0300,0400,0510,0620,0730,0830,094 0,105 0,117 0,128 0,139 0,151 0,163 0,174 0,186 0,196 0,210 0,223	0,210,220,230,240,250,260,270,280,29 0,30 0,31 0,32 0,33 0,34 0,35 0,36 0,37 0,38 0,39 0,40	0,2360,2480,2610,2740,2880,3010,3150,3290,346 0,357 0,371 0,385 0,400 0,416 0,431 0,446 0,462 0,478 0,494 0,510	0,410,420,430,440,450,460,470,480,49 0,50 0,51 0,52 0,53 0,54 0,55 0,56 0,57 0,58 0,59 0,60	0,5270,5450,5620,5800,5980,6160,6350,540,673 0,693 0,713 0,734 0,755 0,777 0,799 0,821 0,844 0,863 0,892 0,916	0,610,620,630,640,650,660,670,680,69 0,70 0,71 0,72 0,73 0,74 0,75 0,76 0,77 0,78 0,79 0,80	0,9410,9570,9941,0221,0501,0791,1091,1391,172 1,204 1,238 1,273 1,309 1,347 1,386 1,427 1,470 1,514 1,561 1,609	0,810,820,830,840,850,860,870,880,89 0,90 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99	1,6611,7151,7711,8381,8971,9662,0402,1202,207 2,303 2,408 2,526 2,659 2,813 2,996 3,219 3,507 3,912 4,605

Для строительства согласно ГОСТу

Для каждого широко применяемого вида песка имеется свой коэффициент фильтрации, который определен согласно ГОСТ 25584-90.

Песок – строительный материал, который сегодня активно используют при дорожном строительстве. В этом случае строители задействуют карьерный и речной песок. Для этих материалов характерны высокие качественные характеристики, а для речного еще высокая степень очистки, благодаря чему удается получить прочное асфальтное покрытие.

Каков состав речного песка указано в статье.

Если говорить про морской песок, то он также применяется в строительной области, но для укладки дорог очень редко. Причина в том, что этот материал обладает слишком высокой стоимости. Самые низкие показатели рассматриваемого параметра характерны для песка с глиной, ведь для указной примеси характерные водоупорные свойства, в результате чего материал не пропускает воду. 

Если в материале содержится большое количество глинистых включений, то это очень снижает сферу применения рассматриваемого материала. Такой песок не стоит задействовать при приготовлении смесей и растворов. Стоимсоть его будет невысокой. Для достижения необходимого коэффициента фильтрации, песок нужно будет промыть и просеять, устранив из не го глину. Такие мероприятия позволяют повысить качество продукта и расширить область его использования.

Какова стоимость карьерного песка, указана в данной статье.

Если рассматривать песок, полученный из карьера, то без проведения дополнительной обработки, обладает малым коэффициентом фильтрации – 0,5-0,7 м/сутки. Если выполнить промывка, то из представленного продукт удастся удалить пыль и глину. После этого материал просеивают и удаляют крупные зерна и мелкие камни. 

В результате этого полученный продукт может быть задействован при работе, где предъявляются высокие показатели качества. В намывном песке параметр фильтрации может достигать отметки 20 м/сутки.

Каков удельный вес щебня фракции 20 40, указано в данной статье.

Если у песка рассматриваемый параметр принимает высокие значения, то достигается он по причине того, что в ходе обработки из него удаляют все примеси глины, которые и предохраняют свободное движение воды. Отсюда следует вывод, что чем чище песок, тем меньшее создается сопротивление для просачивания жидкости. Такую особенность важно принимать во внимание, когда вы будете выбирать песок для строительства или прочих нужд.

Как выглядит гранитный щебень фракция 40 70, можно узнать в данной статье.

Песок – это очень востребованный строительный материал, который сегодня пользуется широким спросом в области строительства. При покупке этого изделия очень важно принимать во внимание коэффициент фильтрации, ведь благодаря ему вы сможете определить качественные характеристики.

Анализ размера песка для местных систем очистки сточных вод

Определение эффективного размера песка и коэффициента однородности

Фэн Чен, аспирант-исследователь, Департамент пищевой, сельскохозяйственной и биологической инженерии

Цзин Тао, аспирант-исследователь, программа для выпускников экологических наук

Карен Манкл, профессор кафедры пищевой, сельскохозяйственной и биологической инженерии

Во многих районах штата Огайо естественная почва недостаточно глубока для полной очистки сточных вод. Сельским домам и предприятиям может потребоваться установка системы очистки сточных вод на месте, если нельзя использовать систему септика-выщелачивания. Песчаные биореакторы являются одним из вариантов. Чтобы узнать больше, обратитесь к Бюллетеню 876, Биореакторы с песком и средой для очистки сточных вод для сообществ Огайо,  доступны на сайтах setll.osu.edu или estore.osu-extension.org.

Рис. 1. Примеры песка с разным коэффициентом однородности.

Распределение по размерам является одной из наиболее важных характеристик обрабатывающих сред. Засорение песчаного биореактора обычно является результатом использования слишком мелкого, слишком большого количества мелкозернистого песка или песка, имеющего слабую или пластинчатую структуру. Наиболее важной особенностью песка являются не зерна, а поры, которые создает песок. Очистка сточных вод происходит на песчаных поверхностях, где задерживаются взвешенные вещества, размножаются микроорганизмы, протекают воздух и вода. Определение гранулометрического состава частиц песка является прямым измерением структуры песчаной среды. Обычно измеряется как эффективный размер и коэффициент однородности.

Эффективный размер данного образца песка представляет собой размер частиц, при котором 10% частиц в этом образце (по весу) меньше, а 90% больше. Обычно это обозначается как D10. Распределение по размерам представлено коэффициентом однородности, который позволяет вам увидеть, насколько хорошо сортирован ваш образец песка. Это делается путем деления D60 на D10. На рис. 1, например, представлены два типичных состояния. Верхний рисунок со всеми песчинками одинакового размера имеет коэффициент однородности, равный 1. Нижний рисунок с песком разного размера имеет коэффициент однородности больше 1.

Агентства по охране окружающей среды штата Огайо требует, чтобы владельцы и операторы песочных биореакторов использовали сертифицированный песок, который проверен с помощью ситового анализа и соответствует критериям одного из следующих стандартов:

1. ASTM C136, «Стандартный метод испытаний для ситового анализа Крупные заполнители»; или
2. ASTM D451, «Стандартный метод ситового анализа гранулированного минерального покрытия для битумных кровельных материалов»

Как проводится ситовой анализ?

Аппарат

Таблица 1. Номер сита (ASTM – E11) и размер ячеек
№	Размер ячеек (мм)	№	Размер ячеек (мм)	№	Размер ячеек (мм)	№	Размер ячеек (мм)
1″	25,0	7	2,80	20	0,85	60	0,250
3/4 дюйма	19,0	8	2,36	25	0,71	80	0,180
1/2 дюйма	12,5	10	2,00	30	0,60	100	0,150
3/8 дюйма	9,5	12	1,70	35	0,50	120	0,125
4	4,75	14	1,40	40	0,425	140	0,106
5	4,00	16	1,18	45	0,355	170	0,090
6	3,35	18	1,00	50	0,300	200	0,075

• Шкала (или весы) — точность 0,1 г
• Сито № 200
• Набор сит, крышки и ресивера
• Выберите подходящие размеры сит (таблица 1), чтобы получить требуемую информацию, как указано, например № 3/8″, 4, 10, 20, 40 и 60
• Сушильный шкаф 110 +/–5°C (230 +/–9°F)
• Металлические лотки — по одному для каждого размера сита, плюс один для образца
• Механический просеиватель (дополнительно)

Метод

1. Пометьте металлические чашки для образцов (W _P ) номером или размером сита и весом и отложите в сторону.
2. Начните с примерно 100-граммового образца песка. Насыпьте песок в металлическую емкость и высушите его в духовке при температуре 105–115°С в течение двух часов. Взвесьте образец сухого песка с чашкой (W ₀ ). Затем вычтите вес кастрюли: W _DS0 = W ₀ – W _P0 .
3. Заполните кювету и отшлифуйте образец водопроводной водой, встряхните и процедите промывную воду через сито № 200. Промойте оставшийся на сите материал обратно в чашу. Повторите несколько раз, пока промывочная вода не станет чистой. Снова высушите образец в печи при 105–115°C в течение двух часов. Взвесьте сухой промытый песок с чашей (W ₁ ). Затем вычтите вес кастрюли: W _DS = W ₁ – W _P0 . Вычтите из W _DS0 , чтобы определить вес штрафов: W _F = W _DS0 – W _DS .
4. Расположите набор сит от самого большого размера ячеек до самого маленького так, чтобы поддон находился под нижним ситом (рис. 2). Поместите образец на верхнее сито. Поместите крышку на верхнее сито.
5. Встряхивать штабелированные сита, вибрируя, встряхивая и встряхивая их вручную или с помощью механических приспособлений. Держите песок в непрерывном движении в течение достаточного периода времени, пока не более 1% по массе остатка на любом отдельном сите не пройдет это сито в течение 1 минуты дополнительного ручного просеивания. Пять-десять минут первоначального просеивания обычно удовлетворяют этому критерию.
6. Высыпьте песок с каждого сита в промаркированные взвешенные емкости. Взвесьте и определите массу образца (W _S ) путем вычитания веса чаши: W _S = W – W _P .

Запись и расчет

Запишите все веса в разделе «Отчет» данного информационного бюллетеня и определите процент прохождения до 0,1% для каждого сита по:  

Процент материала, оставшегося на сите  = (W _S /W _ДС ) x 100%

Процент прохождения = процент прохождения через следующее по величине сито – процент, оставшийся на сите

Нарисуйте график процента прохождения для каждого сита (секции в таблице, заштрихованные синим цветом) на полулогарифмической бумаге, как показано на рис. 3 ● На графике найдите эффективный размер как D10, где только 10% выборки имеют меньший размер. Также по графику найдите D60, где 60% выборки имеет меньший размер. Коэффициент однородности составляет D60/D10.

Рис. 2. Для анализа песка используются сита с отверстиями разного размера. Сита расположены от большего к меньшему сверху вниз.

 

ОТЧЕТ

Эффективный размер = D10 =

Коэффициент однородности = D60/D10 =

 

3

3 003

ПРИМЕР: 

Таблица 2. Анализ размера частиц песка — расчет Процент прохождения выбранных сит.

Рисунок 3. График ситового анализа песка для определения эффективной крупности и коэффициента однородности

Всего сухого промытого песка: 120,00 г

Эффективная крупность = 0,32 мм 03

Версия этого информационного бюллетеня на китайском языке доступна по адресу setll. osu.edu/sites/setll/files/imce/Chinese%20version%20sand%20analysis.pdf.

Исследование диспергирования цементного раствора в песке с учетом эффекта фильтрации посредством теста на титрование с ЭДТА

На этой странице

РезюмеВведениеВыводыДоступность данныхКонфликты интересовБлагодарностиСсылкиАвторское правоСтатьи по теме

При цементировании слоя песка фильтрация слоя частицами цемента является важным аспектом, влияющим на дисперсию раствора. Однако было проведено несколько лабораторных исследований по изучению распределения частиц цемента вдоль направления дисперсии. В данном исследовании была проведена группа лабораторных испытаний по цементации в слое песка при различных уровнях давления. Распределение частиц цемента в песке после отверждения затем измеряли с помощью теста титрования ЭДТА. Результаты показывают, что из-за эффекта фильтрации содержание цемента вдоль радиального направления дисперсии уменьшается нелинейно в перевернутой S-образной форме. Эффект фильтрации становится более очевидным при затирке раствором с более высокой концентрацией. С уменьшением концентрации цементного раствора эффект фильтрации ослабевает, и частицы цемента могут рассеиваться дальше в слое песка, но содержание цемента в более удаленных местах становится ниже, и повышение прочности грунта ограничивается. В конце измеренные результаты были сопоставлены с расчетными результатами в соответствии с существующим теоретическим исследованием, и тенденции разумно совпадают друг с другом.

1. Введение

Инъекционный метод широко используется в геотехнических приложениях, в том числе для предотвращения просачивания, остановки утечек и улучшения грунта. Например, при армировании откосов широко применяется технология цементации [1]. В инженерной практике наиболее распространенным тампонажным материалом является цементный раствор. Из-за наличия пустот в слоях грунта раствор при нагнетании рассредоточивается по пустотам [2] и часть частиц цемента, по-видимому, блокируется скелетом частиц грунта. Другими словами, слой грунта служит фильтром для задержания частиц цемента, и это явление называется эффектом фильтрации [3, 4], как показано на рис. 1. В процессе цементации проницаемость грунта постепенно снижается и диспергирование цементного раствора замедлится и в конечном итоге остановится. На эффект фильтрации существенное влияние оказывают давление затирки, расстояние до распыления затирки, концентрация затирки и т. д.

В предыдущих исследованиях были проведены экспериментальные исследования для изучения эффекта фильтрации при заливке цементным раствором. Безуйен и др. [5] провели испытания цементации в мелкозернистом песке и подтвердили наличие фильтрационного эффекта в процессе цементации. Bolton и McKinley [6] провели испытания цементного раствора с различными цементными растворами при различных давлениях, чтобы понять влияние эффекта фильтрации на пористость и проницаемость цементируемой массы. Эрикссон и др. [7] спрогнозировали движение и распределение частиц цемента с помощью численного анализа на основе сетевой модели дисперсии цементного раствора и оценили улучшение грунта за счет цементации. Саада и др. [4] провели лабораторные испытания одномерного цементирования с использованием специально изготовленного испытательного устройства и разработали теоретическое решение для проникновения суспензии частиц цемента в пористую среду с учетом эффекта фильтрации. Юн и Мохтар [8] провели экспериментальное исследование растворимости модифицированного бентонитового шлама с учетом влияния размера частиц и значения pH раствора на фильтрационный эффект и предложили новое руководство по определению растворимости бентонитового шлама.

Исследователи также исследовали факторы, влияющие на эффект фильтрации, используя теоретический анализ. Магус и др. [9] разработали численное решение для цилиндрической инъекционной заливки в пористых средах на основе теоретической модели, предложенной Saada et al. [4]. Чупин и др. [10] исследовали факторы, влияющие на теоретическое решение Саады, используя одномерный тест цементации. Ким и др. [11] и Zhou et al. [12] математически предложили фильтрационные характеристики цементного раствора в пористых средах и разработали метод расчета снижения пористости почвы, вызванного цементным раствором. Чжоу и др. В работе [13] исследовано радиальное распределение концентрации цемента под действием фильтрационного воздействия при совершенствовании свайного фундамента методом цементации. Ян и др. [14] смоделировали процесс цементации, объединив эффект фильтрации с эффектом эрозии.

Однако экспериментальное исследование пространственного распределения частиц цемента в слое грунта проводится относительно редко, и распределение частиц цемента может напрямую влиять на прочность залитого слоя. Поэтому для исследования распределения частиц цемента вдоль направления дисперсии была проведена серия испытаний цементного раствора в слое песка и испытаний на титрование этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) с использованием образцов цементного раствора. Результаты испытаний этого исследования были впоследствии использованы для проверки эффективности существующего теоретического уравнения.

2. Материалы для испытаний и метод испытаний

2.1. Испытание цементным раствором

2.

1.1. Тестовые материалы

Инъекционная способность почвы является важным фактором, влияющим на эффект фильтрации. Когда трещины или пустоты в грунте намного больше, чем частицы цемента в растворе, раствор может быть легко введен, а эффект фильтрации незначителен [15]. Если размер частиц цемента в растворе больше размера пустот в грунте, раствор нельзя вводить в грунт. Когда размер частиц цементного раствора близок, но меньше размера пустот в почве, скелет почвы будет действовать как фильтр, в результате чего частицы цементного раствора задерживаются в пустотах. Следовательно, отношение размера частиц почвы к размеру материалов для цементного раствора влияет на инъецируемость почвы. Обычно используется следующий критерий [2]: где и – диаметры частиц грунта, соответствующие 10 % и 15 % мельче соответственно. и являются соответствующими диаметрами 85% и 9На 5% мельче затирочных материалов соответственно.

На основании критерия, показанного в уравнении (1), были выбраны тестовые материалы. P. Ι 42,5 обычный портландцемент производства Henan Zhuonenda Construction Materials Co., Ltd. был выбран в качестве цемента, используемого в этом исследовании. В испытательный бокс послойно засыпали слой песка (толщина слоя 5 см), влажностью 5%, плотностью 2,65 г/см ³ , пористостью 0,42, проницаемостью 0,344. РС. На рис. 2 показаны кривые классификации цемента и песка, использованные в этом исследовании.

Как показано на рисунке 2, для песка, использованного в этом исследовании, и , а для цемента, использованного в этом исследовании, и равно 0,0095 мм и 0,021 мм соответственно. Согласно уравнению (1) и . Таким образом, цементный раствор можно нагнетать в этот песчаный слой, и эффект фильтрации будет иметь место во время тампонирования [16].

(1) Устройство для проверки цементации . На рис. 3 показана тестовая установка, используемая для теста цементации в этом исследовании. Устройство состоит из испытательного бокса, системы заливки цементным раствором, компрессора и измерительной системы, как показано на рисунке. В ходе испытания цементный раствор под постоянным давлением закачивался в песок, который послойно укладывался в тестовом боксе, и весь процесс контролировался. Расходомер использовался для регистрации объема раствора, нагнетаемого в песчаный слой. Электронные весы под резервуаром для цементного раствора использовались для измерения разницы в весе до и после цементного раствора, чтобы определить количество впрыскиваемого цементного раствора. Инъекцию прекращали, когда количество цементного раствора не менялось.

2.1.2. План испытаний

Для изучения пространственного распределения частиц цемента в песчаном слое под действием фильтрации в испытаниях тампонирования при трех различных условиях использовались три вида цементных растворов с водоцементным отношением 0,8, 1,0 и 1,2. давления. Соответствующее объемное содержание частиц цемента в растворе составляет 0,294, 0,250 и 0,217 соответственно в соответствии со следующим уравнением: где – объемное содержание частиц цемента в растворе.

В Таблице 1 показан план испытаний цементации.

2.2. Определение содержания цемента по радиусу сцементированной массы

Распределение частиц цемента по радиусу сцементированной массы было количественно проанализировано с использованием метода титрования натрия с ЭДТА. Для теста с ЭДТА образцы брали в положениях 0, 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 и 1 радиуса отвержденной цементируемой массы. На рис. 4 показаны цементированная масса и образцы, вырезанные из массы, использованные для теста с ЭДТА.

2.2.1. Прибор и способ титрования динатрием ЭДТА

В ходе испытания образец сцементированной массы сначала сушили в печи, а затем измельчали ​​в форме до мелких частиц. Измельченную мелочь затем помещали в химический стакан для титрования. Во-первых, Ca ²⁺ из тонкоизмельченного образца экстрагировали путем добавления в химический стакан раствора слабой кислоты, NH ₄ Cl. Затем значение pH раствора доводили до 12,5-13,0 добавлением раствора NaOH, чтобы исключить влияние других ионов во время титрования, таких как Mg ²⁺ , Fe ³⁺ , Al ³⁺ и Mn ²⁺ . К экстрагированному раствору добавляли небольшое количество кальциевого красного индикатора для образования красного комплекса с Ca ²⁺ . Затем экстрагированный раствор титровали стандартным раствором динатрия ЭДТА до изменения цвета с красного на светло-синий.

Для определения содержания цемента в цементируемой массе методом титрования сначала необходимо получить корреляцию между расходом динатриевой соли ЭДТА и содержанием цемента. Семь образцов с содержанием цемента (по массе) 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 % и 35 % были приготовлены и использованы для испытания на титрование. На рис. 5 показан расход раствора динатрия ЭДТА образцов с различным содержанием цемента. Как показано на рисунке 5, можно провести линейную регрессию, чтобы получить линейную корреляцию между содержанием цемента и количеством потребления динатрия ЭДТА. Во время испытания количество стандартного раствора динатрия ЭДТА, израсходованного при титровании, регистрировали и коррелировали с содержанием цемента в образце на основании уравнения (2).

2.3. Результаты испытаний и анализ

2.3.1. Радиус цементируемого массива

Заливка производилась по графику различными цементными растворами под разным давлением. В таблице 2 приведены соответствующие параметры, измеренные или рассчитанные для каждого испытания, включая радиус нагнетательной скважины, пористость песчаного слоя, коэффициент фильтрации, скорость закачки и радиус цементируемой массы. Следует отметить, что влияющий фактор коэффициента фильтрации трудно получить теоретическим методом, и он был получен обратным расчетом на основе одномерного цементационного теста [10, 17, 18].

2.3.2. Распределение частиц цемента

На рисунках 6(а)–6(в) показано весовое содержание цемента по радиусу сцементированного песчаного массива при различных давлениях нагнетания. Как показано на рисунке, в целом распределение частиц цемента вдоль направления дисперсии демонстрирует нелинейную обратную S-образную форму. Причина этого явления заключается в том, что из-за эффекта фильтрации частицы цемента имеют тенденцию задерживаться вблизи инъектора для цементации, что приводит к более высокому содержанию цемента в центре тела массы. Для цементного раствора с определенным водоцементным отношением дисперсионное расстояние (а именно радиус сцементированной песчаной массы) увеличивалось с увеличением давления раствора. Другими словами, более высокое давление цементного раствора могло переносить частицы цемента на большее расстояние под действием эффекта фильтрации.

С другой стороны, при одинаковом давлении раствора радиус сцементированной песчаной массы увеличивался с увеличением водоцементного отношения раствора. Другими словами, частицы цемента, как правило, забиваются вблизи инжектора для раствора с низким водоцементным отношением и легко перемещаются на большее расстояние, когда раствор имеет более высокое водоцементное отношение. Кроме того, раствор с более низким водоцементным отношением (более высокая концентрация) не только приводит к меньшей массе сцементированного песка, но также приводит к более высокой скорости снижения содержания цемента в радиальном направлении. Причина в том, что удержание частиц цемента вблизи нагнетателя усиливало фильтрационный эффект и, как следствие, приводило к затруднению прохождения частиц цемента через пустоты в песке, забитые частицами цемента. Еще одно явление, заслуживающее внимания, заключается в том, что, несмотря на то, что раствор с более низкой концентрацией цемента может перемещаться дальше при определенном давлении раствора, содержание цемента на краю сцементированного песчаного массива обычно ниже, что указывает на плохое улучшение прочности. Обычно считается, что для улучшения песчаного слоя требуется содержание цемента 8% в грунте. С этим критерием, как показано на рисунке 6, тест с водоцементным отношением 1,0 имел самый высокий радиус улучшения грунта, а тест с водоцементным отношением 0,8 имел самый низкий радиус улучшения грунта. Эти результаты свидетельствуют о том, что существует оптимальное водоцементное отношение раствора при заливке в определенном слое и выбор водоцементного отношения в инженерной практике должен быть тщательным.

2.4. Сравнение расчетных и экспериментальных результатов

Согласно Saada et al. [4], без учета влияния времени объемное содержание частиц цемента в единице объема можно выразить как где – пористость до закачки пульпы в грунт, – коэффициент фильтрации.

В уравнении (3) представляет собой объемное содержание в зоне диффузии суспензии и может быть выражено как где — объем частиц цемента (см ³ ), — объем воды (см ³ ), а – объем песка (см ³ ).

Если предположить, что поры грунта полностью заполнены цементным раствором, то где – объем пор песка (см ³ ).

Объем пор, объем частиц и пористость почвы находятся в следующих отношениях:

Подстановка уравнения (6) в уравнение (5) дает

Подставив уравнение (7) в уравнение (4) и перебрав, можно получить

После преобразования уравнения (8) получается выражение массового содержания частиц цемента в единице объема в зоне диффузии раствора:

Для дальнейшего подтверждения согласованности между расчетными и экспериментальными результатами распределения цемента в расчетах использовались параметры, приведенные в таблице 2. На рис. 7 показано сравнение расчетных и экспериментальных результатов.

Как показано на рис. 7, тенденции расчетного и измеренного распределения цемента в радиальном направлении в разумных пределах совпадают друг с другом. Как измеренные, так и расчетные результаты демонстрируют обратную S-образную форму. Расчетное содержание цемента обычно больше, чем экспериментальное значение. Причина этого явления может быть связана с разделением цементного раствора во время подготовки и организацией испытания таким образом, чтобы концентрация впрыскиваемого цементного раствора могла быть ниже. Следовательно, частицы цемента могут быть перенесены на большее расстояние.

Кроме того, в процессе заливки граничные условия могли измениться из-за эффекта фильтрации. Как показано на рисунке 7, в теоретическом решении граничное условие концентрации цементного раствора в месте нагнетания считается начальной концентрацией цементного раствора и не зависит от давления цементного раствора. Однако в действительности установлено, что более высокое давление цементации приводит к более высокому содержанию цемента в ядре сцементированной песчаной массы. Этот результат означает, что эффект фильтрации мог изменить граничные условия, а более высокое давление цементации приводит к тому, что вокруг нагнетателя остается больше частиц цемента. Изменение граничного условия может вызвать ошибки в теоретическом анализе. Рисунок 7 также показывает, что ошибки уменьшаются с увеличением водоцементного отношения. Причина не ясна, но может быть связана с разными граничными условиями, вызванными разным водоцементным отношением. Кроме того, частицы цемента могут находиться вне радиуса сцементированной песчаной массы, но не настолько высоко, чтобы образовалась сцементированная масса. Поэтому содержание цемента вне сцементированной песчаной массы не проверялось.

3. Выводы

В этом исследовании в лаборатории были проведены тесты на цементирование и титрование ЭДТА для изучения распределения содержания цемента под действием фильтрации во время цементирования. Измеренные результаты сравнивали с расчетными результатами согласно теоретическому уравнению из существующего исследования. Из этого исследования можно сделать следующие выводы: (1) Под воздействием фильтрации распределение содержания цемента в процессе тампонирования имеет обратную S-образную форму вдоль направления диспергирования. Для определенного цементного раствора увеличение давления цементного раствора приведет к увеличению содержания цемента и расстояния рассеивания в песчаном слое. При определенном давлении цементного раствора частицы цемента могут перемещаться дальше через пустоты песчаного слоя, если цементный раствор имеет более высокое водоцементное отношение. Однако содержание цемента будет ниже на краю сцементированной песчаной массы, что указывает на слабые характеристики улучшения грунта (2). Если содержание цемента 8% принять за нижний предел улучшения грунта, раствор с водо- цемент с коэффициентом 1 имеет наилучшие показатели по радиусу эффективного улучшения грунта, за ним следуют растворы с водоцементным отношением 1,2 и 0,8. Поэтому в реальной инженерной практике необходимо исследовать соответствующее водоцементное отношение цементного раствора, чтобы удовлетворить требования прочности и диапазона для улучшения грунта (3). Выяснено, что тенденция расчетного распределения цемента вдоль направления дисперсия, основанная на теоретическом уравнении, разумно соответствует результатам измерений. Под влиянием эффекта фильтрации концентрация цементного раствора на нагнетателе может увеличиваться вместе с увеличением давления тампонирования, что не согласуется с допущением для вывода теоретического уравнения. Это исследование доказывает общую рациональность теоретического уравнения, а также показывает разницу между измеренными и расчетными результатами. эффективный

Доступность данных

Некоторые или все данные, модели или коды, подтверждающие результаты этого исследования, можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Это исследование спонсировалось Национальным фондом естественных наук Китая (гранты №№ 51678363, 51938008300 и 51809172) и научно-исследовательскими проектами в ключевых областях провинции Гуандун (№ 2019). B111108001).

Ссылки

1. C. Zhu, M. He, M. Karakus, X. Cui и Z. Tao, «Исследование механизма опрокидывания слоистого откоса, препятствующего наклону, из-за земляных работ с помощью физического моделирования», Rock Mechanics и Rock Engineering , vol. 53, стр. 5029–5050, 2020.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

2. Дж. З. Куанг, Ю. В. Зан и Дж. Ван, «Теория цементации в скальной и почвенной среде и инженерный проект», Tech. Rep., Science Press, Пекин, 2001.

   Посмотреть по адресу:

   Google Scholar

3. A. Bezuijen, Компенсационное цементирование в песке: эксперимент, полевой опыт и механизмы , Технологический университет Делфта, 2010.

, J. Saou, Z. Saou, 900 Л. Дормье, Дж. К. Дупла и С. Магус, «Моделирование потока цементной суспензии в зернистых пористых средах», , Международный журнал численных и аналитических методов в геомеханике, , том. 29, нет. 7, стр. 691–711, 2005.

Посмотреть по адресу:

Сайт издателя | Google Scholar

4. A. Bezuijen, MPM Sanders и D. Den Hamer, «Параметры, влияющие на характеристики фильтрации под давлением бентонитовых растворов», Geotechnique , vol. 59, нет. 8, стр. 717–721, 2009 г.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

5. М. Д. Болтон и Дж. Д. Маккинли, «Геотехнические свойства свежего цементного раствора, тесты на фильтрацию и уплотнение под давлением», Геотехника , том. 47, нет. 2, стр. 347–352, 1997.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

6. М. Эрикссон, Х. Стилле и Дж. Андерссон, «Численные расчеты для прогнозирования распространения цементного раствора с учетом фильтрации и различной апертуры», Tunneling and Underground Space Technology , vol. 15, нет. 4, стр. 353–364, 2000.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

7. Дж. Юн и К. С. Э. И. Мохтар, «Извлекаемость зернистых грунтов с использованием бентонитового раствора на основе модели фильтрации», Транспорт в пористой среде , vol. 102, нет. 3, стр. 365–385, 2014.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

8. Магус С., Саада З., Дормье Л., Кану Дж. и Дупла Дж. К. Модель цементации на месте с учетом фильтрации частиц // Computers and Geotechnics , vol. 34, нет. 3, стр. 164–174, 2007 г.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

9. О. Чупин, Н. Сайёри и П. Ю. Хичер, «Влияние фильтрации на закачку растворов на цементной основе в песчаные столбы», Транспорт в пористой среде , vol. 72, нет. 2, стр. 227–240, 2008 г.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

10. Ким Дж. С., Ли И. М., Джанг Дж. Х. и Чой Х., «Вместимость цементного раствора с учетом явления вязкости и фильтрации», Международный журнал численных и аналитических методов в геомеханике , том. 33, нет. 16, стр. 1771–1797, 2009.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Академия Google

11. Дж. Чжоу, К. Фанг и К. Ян, «Несущая способность сваи, залитой раствором, с учетом фильтрации раствора», А. Чжоу, Дж. Тао, С. Гу и Л. Ху, ред., стр. 645–650, Спрингер.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

12. Z. L. Zhou, H. Z. Zang, S. Y. Wang, X. M. Du, D. Ma, and J. Zhang, «Фильтрация цементного раствора в пористой среде», Transport in Porous Media , vol. 125, нет. 2018. Т. 3. С. 435–463.

    Просмотр:

    Сайт издателя | Google Scholar

13. J. Yang, Z. Y. Yin, F. Laouafa и P. Y. Hicher, «Моделирование совместной эрозии и фильтрации мелких частиц в гранулированных средах», Acta Geotechnica , vol. 14, нет. 6, стр. 1615–1627, 2019.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

14. C. Zhu, X. Xu, W. Liu et al., «Анализ размягчения гипсовой породы с учетом времени погружения в воду на основе лабораторного эксперимента», IEEE Access , том. 7, стр. 125575–125585, 2019.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

15. Q. Meng, H. Wang, M. Cai, W. Xu, X. Zhuang, and T. Rabczuk, «Трехмерное мезомасштабное вычислительное моделирование почвенно-каменных смесей с вогнутыми частицами», Engineering.