Повышение качественных характеристик дорожного цементогрунта путём гармонизации перемешивания компонентов смеси (стр. 4 )

Рис.8. Функция показывающая степень гомогенности

  Рис.9.Функция показывающая степень концетрации вяжущего

Анализируя рис. 8  и 9 видно что:

1. Что при энтропии системы, равной нулю, процессы, протекающие в данной системе, репродуктивны, т. е. полностью повторяют сами себя. А при максимальной энтропии системы репродуктивность равна нулю, т. е. все процессы неповторимы.

2. Из графика  (рис.9) видно, что функция нелинейна, т. е. меняет свое состояние от нуля до бесконечности.

При совмещении обеих  функциональных зависимостей (рис. 8 и 9) можно определить степень гармоничности.

  Рис. 10 . Функция, показывающая степень гармоничности

Таким образом установлено, что при соотношении частей цементогрунтовой смеси  (1/3) : (2/3) значения в точке К равно «золотому сечению», что, в конечном итоге,  должно привести к гармонизации процесса перемешивания.

Для объективности и корректности эксперимента в предлагаемом способе использовали люминофор вместо цемента в количестве равном массе цемента. Люминофор был измельчён  по  дисперсности  до  удельной  поверхности,  соответствующей  удельной  поверхности цемента.

По предлагаемому способу укрепляемую массу грунта вначале разделили на две части в соотношении «золотого сечения» 0,67 и 0,33, затем каждую из этих частей раздельно перемешивали с 50% принятой массы люминофора, а полученные две смеси объединили в общую массу путём перемешивания; после этого полученную смесь перемешали с заданным количеством воды, после чего эту смесь выдерживали на воздухе в течение 20-60 минут. Из этой смеси  изготовили образцы для испытаний.

В каждом квадрате данного среза представленные на рисунках 11 и 13 наглядно просчитывалось количество частиц люминофора и количество частиц грунта. Дальнейшая статистическая обработка этих данных показывает.

На рисунке 11 и  13 представлены срезы образцов сформированных по стандартному способу. На рисунке 12 и 14  показаны гистограммы, полученные с помощью надстройки в  MS Excel «Анализ данных» «Гистограмма».

 

Таблица 4

Описательная статистика стандартного и предлагаемого способа (супесь).

Наименование показателей	Стандарт	Эксперимент
Люминофор
Среднее	47,3	45,85
Стандартная ошибка	3,519943	1,19489
Медиана	45	46
Мода	65	46
Стандартное отклонение	15,74166	5,343712
Дисперсия выборки	247,8	28,55526
Эксцесс	-1,13046	-0,33432
Асимметричность	0,340074	-0,05012
Интервал	52	20
Минимум	23	36
Максимум	75	56
Сумма	946	917
Счет	20	20
Коэффициент вариации =	0,332805	0,116548

Из таблиц 4 видно, что коэффициент вариации по традиционной технологии составляет 33 %, а по предлагаемой технологии –  около 12 %.

Анализ полученных результатов показал, что разработанный способ раздельно-последовательного перемешивания грунта с цементом позволяет получить цементогрунт по однородности сравнимый с однородностью цементобетона, а приготавливаемая таким способом цементогрунтовая смесь обладает высокой степенью однородностью (низкий коэффициент вариации).

Анализируя вышеизложенное, видим, что для такой структурно-неоднородной системы, каким является цементогрунт, оптимальная дозировка вяжущего должна назначаться не  только из условия удовлетворения критерию прочности, но также и удовлетворения критерию, характеризующему степень однородности данного материала по прочности.

Поскольку структура укреплённых вяжущими веществами грунтов относится к гетерогенным (многофазным) системам, в которых идеальность  повышается двумя способами: 1) путём совершенствования структуры контакта фаз; 2) путём механического смешения возникающих в процессе отвердевания вяжущего структурных фаз. Реализация последнего способа на наш взгляд более перспективна.

  [(2/3 Гр  +  Ѕ Ц ) + (1/3 Гр  +  Ѕ Ц)]  →  уплотнение,  (17)

где Гр – укрепляемый грунт; Ц – минеральное вяжущее (цемент); 2/3 и Ѕ  –  используемое количество (в частях)  грунта и минерального вяжущего (цемента) соответственно;  +  –  операция объединения (перемешивание).

Известным способом получения цементогрунта является единый технологический комплекс, в котором разнородные элементы материала (грунт, цемент и вода) объединяются в одну систему посредством перемешивания. 

Таблица 5

Примеры способов перемешивания грунта с цементом.

№ п/п	Технология  перемешивания	Ожидаемая структурная зона материала ( согласнорис.7)
1.	Грунт (100%)  + Цемент (100%)	2
2.	Грунт (30%) + Цемент (100%)  + Грунт (70%)	2
3.	Грунт (30%) + Цемент (50%)  + Грунт (70%)  + Цемент (50%)	1
4.	Грунт (30% + Цемент 50%)  + Грунт (70%)  + Цемент (50%)	3

Таблица 6 

Примеры выполнения способа 4 и результаты испытаний образцов

№ п/п	Способ	Содержание компонентов смеси,%	Объем грунта, обрабатываемый цементом, ч	Количество цемента, вводимого в первоначальный объем грунта,% от общего количества	Количество цемента, вводимого в оставшийся объем грунта,% от общего количества	Прочность при сжатии, МПа	Коэффициент вариации,%
грунт	цемент	Первоначальный	Оставшийся
1.	Известный	92	8	1,0	-	100 (8)	0 (0)	1,8	23,0
2.	Предлагаемый (способ 4)	92	8	3/5	2/5	20 (1,6)	80 (6,4)	3,2	14,0
3.	92	8	3/5	2/5	35 (2,8)	65 (5,2)	3,5	11,0
4.	92	8	3/5	2/5	50 (4,0)	50 (4,0)	3,4	12,0
5.	90	10	3/5	2/5	35 (3,5)	65 (4,5)	4,1	9,0
6.	86	14	3/5	2/5	35 (4,9)	65 (9,1)	7,2	5,5
7.	94	6	3/5	2/5	35 (2,1)	65 (3,9)	2,6	15,5

Примечание: в скобках указан расход цемента в % от объема укрепленного грунта.

Наглядно сравнить картину цементогрунтовой смеси выполненной по традиционной и предлагаемой технологии можно на следующих фотоснимках, сделанных при помощи сканирующего электронного растрового микроскопа Jeol JSX 6460.

Рис. 17.  Электронно-микроскопический анализ традиционной технологии

На снимке каркас получился прерывистым. Видно, что в порах и пустотах распределение цемента неравномерное и кристаллические новообразования имеют неодинаковую толщину,  следовательно, прочность его снижена, что говорит о неоднородности цементогрунта.

Рис 18.  Электронно-микроскопический анализ предлагаемой технологии.

  На снимке видно, что каркас сплошной густоразветвленный. Он равномерно пронизывает весь объем укрепленного грунта. Это говорит о равномерном распределении цемента и, следовательно, однородности грунта.

Анализируя электронно-микроскопические снимки видно, что по предлагаемой технологии распределение вяжущего и, следовательно, однородность цементогрунта выше, чем по традиционной технологии.

В пятой главе произведена опытно-производственная проверка результатов исследования.

Основной задачей опытных работ являлось получение и подтверждение результатов лабораторных исследований, что давало возможность существенно пополнить знания о возможности регулирования прочности и однородности цементогрунтовых слоев в процессе строительства.