Тиксотропный грунт что это
Понятие о тиксотропных явлениях
При оценке возможности разжижения необходимо учитывать, что слои, находящиеся под давлением от веса вышележащих грунтов или обжатые давлением сооружения, имеют лучшие условия, так как разжижение возможно только в том случае, когда взвешивающий грунтовые частицы напор воды преодолеет силы трения между частицами. Поэтому возможность разжижения зависит от интенсивности сдвигающего воздействия и величины обжимающего грунт давления.
Тиксотропией в коллоидной химии называется способность некоторых коллоидных систем разжижаться под влиянием механического воздействия (встряхивание, перемешивание и т. п.) и переходить из гелеобразного состояния в золи или суспензии.
После прекращения механического воздействия происходит восстановление прежнего состояния, и система постепенно застывает, переходя обратно в гель. Тиксотропные явления могут быть также вызваны постоянным электрическим током, ультразвуковыми волнами и т. п.
Грунты, которые обладают тиксотропией, характеризуются следующим:
1) преобладанием частиц размером не более 0,01 мм;
2) наличием хотя бы весьма небольшого количества частиц размером менее 0,001 мм;
3) преобладанием частиц пластинчатой или чешуйчатой формы;
4) способностью резко увеличивать свой объем при увлажнении (набухать).
При этом характерно, что прибавление небольшого процента тиксотропного грунта к не тиксотропному сообщает последнему тиксотропные свойства. Например, чистый кварцевый песок не обладает тиксотропными свойствами, а такой же песок с примесью 2% глинистых частиц показал наличие этих свойств.
Тиксотропия играет значительную роль в строительном деле. Например, при забивке свай в тиксотропный грунт происходит разжижение грунта вокруг сваи, и процесс забивки совершается настолько легко, что возникает сомнение в способности сваи нести соответствующую нагрузку.
Тиксотропия
Тиксотропия проявляется в разжижении при достаточно интенсивном встряхивании или перемешивании гелей, паст, суспензий и др. систем с коагуляционной дисперсной структурой и их загущении (отвердевании) после прекращения механического воздействия. Тиксотропное восстановление структуры — механически обратимый изотермический процесс, который может быть воспроизведён многократно.
В более широком смысле тиксотропия — временное понижение эффективной вязкости вязко-текучей или пластичной системы в результате её деформирования независимо от физической природы происходящих в ней изменений.
Тиксотропия имеет важное практическое значение. Тиксотропные материалы используют в технологии силикатов, пластических масс, пищевых продуктов. Тиксотропными свойствами обладают некоторые водоносные грунты (плывуны), биологические структуры, различные технические материалы (промывочные глинистые растворы, применяемые при бурении нефтяных скважин, краски, смазки и др.).
Термин «тиксотропия» был введен в практику Гербертом М. Фрейндлихом.
Понятие «тиксотропия» нельзя назвать повседневным. Это, скорее, что-то из области науки. Но, тем не менее, тиксотропия, как и многие другие сложнозвучащие явления, окружает нас повсюду. Первое (а иногда и последнее), что придёт на память – это краска, которая должна обладать достаточной тиксотропией, чтобы не стекать по стенам после нанесения.
Статьи по теме
Антикоррозионные средства
Антикоррозионные пигменты классифицируются на: цинковые крона, алюминий три-полифосфаты и слюдянистую окись железа.
Характеристики герметика
В современном мире разработано большое количество вещество материалов, которые предназначены для обработки различных поверхностей. Они применяются в качестве защитных материалов или в качестве герметизирующих веществ.
Битумный лак
В современном мире создано большое многообразие составов, которыми необходимо покрывать металлические и любые другие изделия для защиты их от влияния окружающей среды или для придания им привлекательного внешнего вида.
Тиксотропные смеси
С развитием строительной отрасли, развивается и лакокрасочная промышленность. Ученые-химики постоянно работают над изобретением новых лакокрасочных материалов с улучшенными свойствами. На рынке ЛКМ постоянно появляются новинки, благодаря которым открываются новые возможности в строительном и ремонтном деле. Так, относительно до недавнего времени все строительные и ремонтные работы велись только в определенных условиях влажности и в очень небольших температурных пределах. Однако, уже сегодня существует множество технологий и веществ, которые позволяют вести разного рода работы даже в условиях лютого холода или знойной жары. Это касается как лакокрасочных материалов, так и строительных. Например, бетон для заливки фундамента или плитки нельзя использовать, если температура воздуха снижается ниже определенного предела, так как это чревато тем, что вода, которую добавляют для приготовления раствора, может замерзнуть и бетон застынет не правильно, что в дальнейшем будет влиять на его качество, а также прочность конструкции. Однако, при добавлении некоторых химических материалов и использовании правильной технологии становится возможным применять бетон во время строительства при более низких температурах. Поэтому, современные дома могут возводиться круглый год, тем самым значительно сокращая сроки строительства и внутренней отделки.
Ниже представлено видео с наглядным примером как применяется тиксотропная смесь.
Характеристики лакокрасочных и строительных материалов
Каждый материал, применяемый во время ремонта или строительства, обладает своими специфическими свойствами, которые определяют область его применения. Например, раствором, предназначенным для горизонтальных поверхностей, будет сложно покрыть вертикальную стену, и виной тому свойства. Таким образом, при выборе материалов для ремонта и строительства, необходимо обращать внимание на следующие характеристики:
Таким образом, тиксотропные смеси отлично подходят для нанесения вертикальных, наклонных и потолочных поверхностей. Благодаря своим свойствам, они не растекаются, не образовывают подтеков, в связи с чем, их можно наносить без опалубки. Учитывая все вышеперечисленное, можно сказать, что работа со смесями тиксотропного типа простая и удобная.
Есть несколько способов нанесения тиксотропных смесей. Как и любые другие материалы, их можно наносить как вручную, так и механизированным методом. Если тиксотропные смеси наносятся на поверхности вручную, то применяются следующие материалы:
При нанесении механизированным способом используются штукатурные станции, а также методы сухого или мокрого торкретирования.
Тиксотропные свойства
Как уже было выяснено, любые материалы с тиксотропными свойствами под механическим воздействием из гелеобразного или густого состояния превращаются в жидкие. После прекращения на них механического воздействия есть некоторый промежуток времени, когда тиксотропные материалы остаются в жидком состоянии. Это обусловлено предельным значением сдвига, которое вызывает переход тиксотропных материалов из густого состояния во временно текучее. Чтобы сохранить какое-то время текучее состояние данных материалов, необходимо постоянно поддерживать это максимальное значение сдвига. В это время их необходимо успеть нанести на поверхность, иначе по окончанию механического воздействия и истечению времени, когда материалы жидкие, они приобретает свое первоначальное состояние.
Тиксотропные свойства напрямую зависят от качественного и количественного состава дисперсной фазы вещества. Таким образом, на тиксотропность материала влияют следующие параметры:
Тиксотропные материалы
Тиксотропные свойства, как правило, присущи консистентным смазкам, лакам, краскам, различным растворам и смесям, а также некоторым пищевым продуктам (например, желатин или крахмал).
Если говорить о лакокрасочных материалах, то, по мнению специалистов, краски и лаки с тиксотропными свойствами всегда высококачественные, с ними достаточно легко работать, а кроме того, такие ЛКМ не нуждаются в пробном окрашивании достаточно обратить внимание на то, как краска льется из банки. По мнению специалистов, тиксотропная краска из банки в другую емкость должна переливаться как только что скаченный свежий мед густой и плавной струей.
Также в отличие от просто густых лакокрасочных материалов, тиксотропные лаки и краски не дают осадок в банке. Благодаря своим тиксотропным свойствам, такие лаки и краски отлично держатся на инструментах для окрашивания поверхностей (кисточках и валиках), а также не оставляют подтеков, о чем уже шла речь ранее.
Учитывая все вышесказанное, тиксотропные лакокрасочные материалы имеют преимущество перед теми ЛКМ, у которых данные свойства отсутствуют.
Ниже представлена таблица с с войства основных тиксотропных добавок, применяемых в лакокрасочных материалах.
А-380
удельная поверхность
175+/-25м 2 /г
Удельная поверхность
300 30 м 2/ г
Удельная поверхность
380+/-40 м 2/ г
Нередко тиксотропные свойства путают с псевдопластичностью. Несмотря на то, что свойства вроде похожи, на самом деле они принципиально разные. Так, псевдопластичность обусловлена потерей вязкости веществом при временном напряжении сдвига, в то время как тиксотропность позволяет веществу потерять вязкость через некоторый временной промежуток при постоянном воздействии на него.
То слабые, то прочные грунты
Дело было в Норвегии. Как-то по железнодорожному полотну шел тяжелый грузовой поезд. Машинист увидел впереди корову, переходящую полотно и резко затормозил. Препятствие на пути исчезло. Состав стал набирать скорость. Едва он прошел какое-то расстояние, как полотно, шпалы, рельсы и столбы за ним стали быстро перемещаться вниз по склону. Расположенное в 12 м ниже железнодорожного полотна шоссе с ехавшими по нему автомобилями заколебалось и также поплыло вниз. Еще ниже высились мощные старые клены и березы. Они закачались и, как бы кланяясь друг другу, поплыли в том же направлении. Одна из автомашин соскользнула с насыпи автодороги и стала проваливаться в землю. Сидящие в ней люди только-только успели выскочить, как она провалилась в грунт почти по крышу.
Все эти необычные происшествия продолжались не больше минуты. За это время железная дорога была передвинута на место шоссе, которое заняло участок кленовой и березовой аллеи. В свою очередь, старые деревья оказались на месте фруктового сада, расположенного еще ниже по склону. Очевидец так описывает это событие: «Моя сестра увидела движущиеся деревья и не поверила своим глазам. Она позвала меня, и теперь уже я увидел, как два ряда огромных кленов и берез быстро движутся в мой сад вместе с участком мощеной дороги. »
Владельцы автомашины вынуждены были нанять землекопов, которые, с трудом «вгрызаясь» в довольно плотный глинистый грунт, ценой больших усилий извлекли автомобиль. Всех поразило, как в столь плотную землю могла с такой легкостью провалиться машина.
Эти загадочные явления имеют простую разгадку. Дело в том, что участок, на котором произошли эти удивительные события, сложен так называемыми голубыми глинами, имеющими морское происхождение. Их особенностью является способность при ударах и вибрациях неожиданно разжижаться. Сотрясения, вызванные прохождением по железнодорожному пути состава, а затем резким торможением локомотива, оказались достаточными для того, чтобы произошли описанные события.
Эти две истории имеют одну общую основу. Специалисты обнаружили, что многие глинистые и лёссовые грунты, имеющие достаточно высокую влажность, способны (как и коллоидные растворы) при сотрясении мгновенно разжижаться, а затем опять возвращаться в первоначальное пластичное состояние. Это явление нам известно из коллоидной химии под названием «тиксотропия». Мы уже встречались с ним, когда рассматривали причины разжижения песков.
Коллоидные вещества находятся обычно в состоянии геля (от лат. gelo — застываю), тогда они имеют студнеобразный вид и обладают некоторыми свойствами твердых тел. Возможно и другое состояние — золя (от нем. Sol — раствор), когда коллоидное вещество находится в жидком состоянии.
Теперь, наверное, легко понять, что глинистые влажные породы (также проявляющие свойства коллоидных веществ) обычно имеют гелеобразное состояние, но при встряхивании могут неожиданно переходить в золь. В основе этого превращения на первом этапе лежит разрушение коагуляционной структуры, при котором исчезают, связи между частицами. Затем на втором этапе возникает обратное явление восстановления начальной коллоидной структуры и возврата к первоначальному состоянию геля. Особенность этого процесса заключается в неполном вторичном восстановлении в грунтах начальной прочности. Только в тех случаях, когда связи имеют исключительно коагуляционный характер (при котором все частицы окружены водными пленками), прочность грунта, существовавшая до тиксотропных превращений, может полностью восстанавливаться.
Время, при котором происходит обратный переход из золя в гель, для разных грунтов колеблется от нескольких секунд до 10 сут. Как же определить, способен ли грунт к тиксотропии? Ведь это очень важно для строителей.
Для этого лаборатории имеют специальный прибор — зыбкомер. Помещенный на нем образец подвергается в течение 20 с вибрации с частотой 4000 колебаний в минуту. О степени тиксотропности грунта судят по величине растекания оцениваемого грунта путем измерения увеличения радиуса основания образца после этого испытания. Опыты, проведенные учеными, позволили установить, что тиксотропия возникает только в тех грунтах, в которых имеется достаточное количество глинистых частиц. Особенно характерно это явление для грунтов, содержащих монтмориллонит (минерал с подвижной кристаллической решеткой).
Тиксотропия возникает только при определенных значениях влажности. Чем выше последняя, тем интенсивнее проявляется тиксотропия. Однако этот процесс может иногда возникать даже в сравнительно маловлажных грунтах. Необходимо только, чтобы при динамических воздействиях в них появилась свободная вода.
Теперь становится ясно, что причина вышеописанных явлений в Норвегии и Голодной степи заключается в тиксотропных изменениях, возникающих в насыщенных водой глинах при ударах и взрывах. Сейчас широко используются свайные фундаменты для возведения зданий на водонасыщенных глинистых грунтах. Эти фундаменты представляют собой плиты или бетонные блоки, которые опираются на многочисленные сваи, забитые в грунтовые массивы на глубину от 3 до 15 м и более. Для погружения свай применяются специальные установки — вибраторы. Они закрепляются на верхнем конце сваи и вызывают ее вибрацию и последующее погружение.
В ходе погружения может возникать тиксотропное понижение прочности водонасыщенных глинистых грунтов. В этом случае свая особенно легко погружается в грунт с минимальной затратой энергии. Затем свае дают «отдохнуть», при этом прочность грунта восстанавливается. Погруженные этим способом сваи обладают после «отдыха» (в течение недели или больше) хорошей несущей способностью (т.е. выдерживают значительные нагрузки). Так тиксотропия помогает строителям.
Возникает вопрос: «Можно ли бороться с тиксотропными явлениями?»
Конечно, можно. Разработано много методов для предупреждения тиксотропного разрушения грунтов. Прежде всего их можно обезводить. Это достигается отводом в сторону от массивов поверхностных вод. Ведется борьба и с подземными водами. Для этого устраиваются дренажи, используется так называемый электроосмос. Он применяется в тех случаях, когда глинистые грунты не хотят отдавать воду. Тогда кроме труб для сбора воды в грунты погружаются электроды. Создается электрическое поле, которое гонит воду даже из тончайших пор глины в трубчатые водосборы.
Другой путь борьбы с тиксотропией — превращение водонасыщенных глинистых грунтов в прочные образования. Это достигается электрообработкой глин длительным воздействием электрического тока. Метод заключается в том, что в глинистый массив погружаются электроды и через них длительное время пропускается постоянный электрический ток. В результате у анода (положительного электрода) образуется осушенная и упрочненная зона. Здесь при электролизе накапливается материал, слагающий анод (он обычно делается из железа). Порода в результате электрообработки увеличивает свою прочность, а ее способность к тиксотропии исчезает. В некоторых случаях применяется метод электролитической обработки грунта. Он отличается от предыдущего тем, что действие электрического тока усиливается введением в грунты через анод растворов поваренной соли, хлористого кальция и др.
Тиксотропный грунт что это
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Методы лабораторного определения динамических свойств дисперсных грунтов
Soils. Laboratory methods for determination of soil dynamic properties
1 РАЗРАБОТАН Некоммерческим партнерством содействия развитию инженерно-изыскательской отрасли «Ассоциация Инженерные изыскания в строительстве» («АИИС»), Обществом с ограниченной ответственностью «Геологический научно-методический центр МГУ имени М.В.Ломоносова» (ООО «Геоцентр МГУ») при участии Открытого акционерного общества «МОСТДОРГЕОТРЕСТ» (ОАО «МОСТДОРГЕОТРЕСТ»)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»
Введение
Настоящий стандарт разработан под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора Е.А.Вознесенского. В основу настоящего стандарта положен многолетний опыт в области экспериментальных исследований динамических свойств грунтов, а также разработки и совершенствования методик динамических испытаний.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает методы лабораторного определения динамических свойств дисперсных грунтов (за исключением крупнообломочных) при инженерно-геологических изысканиях для строительства.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы:
ГОСТ 5180 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости
ГОСТ 12536 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава
ГОСТ 22733 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности
ГОСТ 30416 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения
СП 26.13330.2012 СНиП 2.02.05-87 Фундаменты машин с динамическими нагрузками.
СП 38.13330.2012 СНиП 2.06.04-82* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 12248, ГОСТ 25100 и ГОСТ 30416, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 виброползучесть: Накопление деформаций в дисперсных грунтах при длительных динамических нагрузках вследствие ослабления взаимодействия между частицами и их взаимной переупаковки.
3.2 дилатансия (положительная или отрицательная): Изменение объема некоторых грунтов при сдвиге.
3.3 динамическая дилатансия: Механизм деформирования и разрушения несвязных грунтов при динамических нагрузках, заключающийся в изменении их объема в связи с переупаковкой частиц при их взаимном смещении (уплотнении или разуплотнении) либо в развитии избыточного порового давления (положительного или отрицательного) в условиях водонасыщенной закрытой системы.
3.4 динамический модуль деформации: Приращение напряжения в условиях динамического нагружения, вызывающее единичное приращение относительной линейной деформации грунта и рассчитываемое как отношение приращения напряжений к возникшему приращению деформаций грунта в заданном диапазоне последних.
3.5 динамическая нагрузка: Переменная нагрузка, изменяющаяся во времени быстрее, чем рассеиваются вызванные ею в грунте напряжения.
3.6 динамическая неустойчивость грунтов: Увеличение деформируемости и снижение прочности при динамическом нагружении по сравнению со статическими условиями, механизм проявления которых рекомендуется обозначать, как указано в приложении А.
3.7 динамические свойства грунтов: Группа физико-механических свойств грунтов, характеризующих их реакцию на динамические нагрузки, в т.ч. свойства грунтов как среды распространения колебаний (тиксотропные, плывунные, упругие, демпфирующие, фильтрующие и др.).
3.8 динамическое разжижение: Переход водонасыщенных дисперсных грунтов в текучее состояние в результате разрушения структурных связей при динамических воздействиях.
3.9 квазитиксотропные грунты: Связные дисперсные грунты с преимущественно коагуляционными структурами, проявляющие при динамическом нагружении обратимое разупрочнение, следствием которого может быть как ускоренное накопление деформаций, так и разжижение чувствительных разностей; при этом после прекращения динамического воздействия прочность этих грунтов восстанавливается во времени до значений, превышающих либо не достигающих ее начального уровня.
3.10 модуль деформации: Приращение механического напряжения, вызывающее единичное приращение относительной деформации грунта соответствующего вида (сдвига, линейного или объемного сжатия) и рассчитываемое как отношение приращения приложенных напряжений к возникшему при этом общему приращению деформаций грунта.
3.11 плывунность: Способность дилатантно-тиксотропных и некоторых квазитиксотропных грунтов к быстрому разжижению при небольшой интенсивности динамической нагрузки, связанная с особенностями их структуры.
3.12 разжижение грунта: Переход водонасыщенного дисперсного грунта в текучее состояние под внешним воздействием.
3.13 тиксотропия: Физико-химическое явление, выражающееся в полном или частичном разрушении структурных связей коагуляционной дисперсной системы под действием динамической нагрузки и последующем самопроизвольном их восстановлении в покое, протекающее при неизменных температуре и влажности.
3.14 циклическая подвижность грунта: Прогрессирующее снижение прочности грунта под действием динамической нагрузки при неизменной пористости, положительном избыточном поровом давлении в части каждого цикла воздействия и пониженном внутреннем трении в фазе разгрузки.
4 Обозначения
В настоящем стандарте применены следующие обозначения:
— максимальное ускорение колебаний при землетрясении на поверхности грунта, м/с ;
— средний диаметр частиц грунтов, входящих в разжижаемую толщу, мм;
— абсолютная величина латерального растекания грунтов при наклонной поверхности массива, м;